Laboratório MatterHackers: Projete montagens impressas em 3D

Muitas pessoas com quem falo sobre impressão 3D costumam me perguntar: “Então, o que você pode fazer com uma impressora 3D?”, ou mais sucintamente “Se eu comprar uma impressora 3D, poderei realmente fazer algo útil com ela?” Essas dúvidas se resumem à razão elementary pela qual muitos de nós adotamos a impressão 3D.

Eu sei que todos nós queremos “fazer coisas”, mas no meu caso sempre quis “fazer coisas úteis”. Isso nos leva aos fundamentos do design de produto. Para fazer “coisas úteis”, a impressão 3D é apenas um dos métodos utilizados para produzir peças ou componentes que, uma vez montados, resultam em um produto completo.

Isto não quer dizer que produtos úteis não possam ser fabricados através da impressão de uma peça. Muitas vezes a melhor ou mais elegante solução é a mais simples e pode ser produzida com uma única impressão. No entanto, se a solução for mais complexa e precisar de alguns componentes prontos para uso para se tornar totalmente funcional, por exemplo, placas eletrônicas, chicotes elétricos, rolamentos de esferas/ferragens, and many others., então a montagem desses componentes para incluir peças impressas em 3D torna-se necessária.

Como parte do conceito Design for Manufacturing (DFM), a impressão para montagem é parte ciência, parte matemática e uma forte dose de arte. É preciso entender como os materiais são usados, propriedades dos materiais, ajustes e tolerâncias e limitações da impressora. Dominar todos os elementos de design e insumos de impressão necessários exige prática, portanto, não desanime se inicialmente os componentes não se encaixarem bem ou se o resultado closing não “parecer correto”. Produzir um produto totalmente funcional não é uma tarefa simples e podem ser necessárias múltiplas iterações para acertar.

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Primeiro, não posso enfatizar o suficiente que é preciso ser capaz de projetar peças que possam ser impressas e que possam ser facilmente produzidas na impressora disponível. Cada impressora é diferente e o que pode ser impresso em uma impressora pode falhar em outro tipo de impressora. Isto é especialmente verdadeiro quando se lida com suportes e ângulos estreitos produzidos por saliências e detalhes de peças. Às vezes é tão simples quanto o posicionamento correto da peça a ser impressa, mas tudo começa com o design da peça e se o componente pode ser impresso.

A próxima consideração é a escolha do materials para impressão das peças. A maioria de nós usa filamento ABS ou filamento PLA, mas pode ser necessário usar alguns outros materiais, como Nylon ou PETG, para fornecer resistência ao componente ou ao calor. Alguns destes materiais podem sofrer transformações durante o processo de impressão, o que inclui encolhimento, empenamento ou encordoamento. Esses efeitos podem ser mitigados por meio das configurações avançadas do MatterControl, mas esses problemas podem nunca desaparecer completamente. Esteja ciente de que a representação da peça no software program CAD ou no MatterControl pode ser ligeiramente diferente da peça que sai da impressora.

A maneira como os componentes se encaixam geralmente causa maior frustração para aqueles que desejam reproduzir designs de produtos exclusivos. Os produtos são visualmente atraentes e duráveis ​​se as peças componentes forem projetadas para ajustes adequados, por exemplo, ajuste deslizante e deslizante, ajuste com folga, ajuste de transição ou ajuste de interferência. Cada um desses ajustes determina a tolerância e a função permitida da peça caso haja movimento da peça. Essas tolerâncias devem ser incluídas no projeto inicial para garantir que as peças impressas “se encaixem”. Esta é uma prática padrão para DFM. Sua impressora 3D é uma forma de fabricação que o projetista deve levar em consideração ao considerar tolerâncias e ajustes.

Por exemplo, eu não deveria realisticamente esperar que um cilindro ou eixo com diâmetro de 16 mm se encaixe em um orifício de 16 mm de diâmetro. O diâmetro do cilindro precisa ser menor para que caiba facilmente no furo (veja Figuras 1-3).

Isto também se aplica a peças a serem montadas com sobreposições. A parte da peça que se sobrepõe para montagem com uma peça componente terá dimensões ligeiramente maiores do que a parte da peça que se conecta à peça sobreposta. Essas tolerâncias são específicas do materials e podem ser afetadas pelas propriedades do materials e pela precisão da impressão da máquina (consulte as Figuras 4-9).

Com base na experiência anterior na prática de DFM, as peças usinadas geralmente têm maior precisão. Muitas vezes, as duas peças adjacentes se encaixam facilmente com tolerâncias de peça de 0,1 mm. Isso se traduz na dimensão de conexão de uma peça sendo 0,1 mm menor em valor do que a dimensão de conexão correspondente de sua peça acoplada. Com a impressão 3D, as tolerâncias precisarão ser muito maiores. Experimentei tolerâncias necessárias de até 0,8 mm, dependendo do materials. Como regra geral, geralmente permito uma diferença de 0,5 a 0,6 mm ao imprimir com ABS e Nylon, e cerca de 0,3 a 0,4 mm de diferença com PLA e PETG. Em geral, quanto menores as dimensões da peça, mais estas tolerâncias entram em jogo.

Finalmente, as limitações da impressora precisam ser consideradas. Se você gosta de prototipagem e precisa que as peças impressas estejam próximas das especificações finais da peça, então uma impressora mais sofisticada e mais cara pode ser necessária. Geralmente as impressoras mais caras são as mais precisas e apresentam menor variabilidade de peça para peça. Se você imprimir apenas peças únicas e únicas, uma impressora de baixo custo poderá ser suficiente. É aqui que a arte da impressão 3D entra em plena exibição na produção do melhor resultado. Tentativa e erro para determinar a configuração very best da máquina e múltiplas iterações são fundamentais para uma solução de produto bem-sucedida.

Concretizar ideias e desenvolver um produto útil e desejável nunca foi fácil, mas com o advento da impressão 3D, o desenvolvimento e a produção passaram agora para o reino das possibilidades. A relação custo-benefício e a versatilidade de produção estão agora nas mãos do fabricante e são limitadas apenas pela imaginação e criatividade de cada um. Agora é a hora de começar a produzir “coisas úteis”.

Como sempre, Boa Impressão!