Directriz de diseño: consideraciones para la impresión 3D

Buenas, soy Luis, un friki de la impresión 3d y aquí os escribo un post que espero que os sea interesante 🙂.

Como parte del dominio de la fabricación aditiva, la impresión 3D amplía las capacidades de los métodos tradicionales de fabricación «sustractiva» a través de la fabricación de piezas y ensamblajes complejos, integrados y únicos. Para aprovechar estas capacidades, el diseñador de productos debe estar preparado para crear componentes y piezas que maximicen las capacidades de impresión 3D sin sacrificar el aspecto, la sensación y las medidas de rendimiento deseadas del producto final. Con ese fin, el diseño para impresión 3D es la base a partir de la cual se fabrican piezas y productos de calidad.


Entonces, cuales son los elementos clave que el diseñador debe considerar al crear componentes y piezas para la impresión 3D? Según la experiencia, estos elementos trascienden el diseño del modelo real y tienen en cuenta el material 3D de origen utilizado, las capacidades de la impresora 3D, la resolución de los archivos de diseño y el software / firmware 3D necesario para ejecutar la impresora. Comprender estos elementos ayudará al diseñador a renunciar a incontables horas de frustración y, una vez que lo domine, colocará al diseñador en el carril rápido de la autopista de la impresión 3D.

Material

Como saben muchos profesionales de la impresión 3D, no todos los filamentos de impresión 3D son iguales. Seguro que los dos tamaños de filamentos estándar son 3,00 mm y 1,75 mm, pero ¿son estos diámetros realmente precisos? La respuesta corta es un rotundo «No». Los diámetros del filamento 3D con clasificación de 3,00 mm suelen ser inferiores a 3,00 mm y pueden oscilar entre 2,85 mm y 2,90 mm. Por lo tanto, asegúrese de usar calibradores para medir el diámetro del plástico de filamento 3D antes de usarlo (consulte las Figuras 1 y 2) y asegúrese de ingresar el diámetro de filamento correcto en MatterControl.

Figura 1


Figura 2


Además, tenga en cuenta que la calidad y la consistencia del filamento 3D varían según el fabricante. A veces, el uso de filamentos más baratos puede causar problemas en el futuro que podrían haberse evitado fácilmente si se hubiera utilizado plástico de calidad. Otra característica es el tipo de acabado que se produce sobre la pieza impresa. Por ejemplo, algunos filamentos de PLA de calidad pueden tener un acabado brillante, mientras que los filamentos de PLA más baratos tienen un acabado superficial de aspecto plano a seco. Los acabados de menor calidad se traducen directamente en mayores tiempos y costes de acabado. Tenga en cuenta que todos filamento vendido por Santuario 3d ha sido probado minuciosamente para verificar su consistencia y funcionará con todos RepRap impresoras compatibles.

Capacidades de la impresora

Al igual que el filamento 3D, no todas las impresoras 3D son iguales. Las impresoras varían en costo y tamaño de construcción, lecho calentado, temperatura de impresión máxima y constante, tipos de filamentos que pueden utilizarse y precisión mecánica de los componentes. A menudo, las impresoras 3D más baratas son más difíciles de configurar y calibrar, lo que puede ser un desafío para los principiantes. Además, los componentes de mayor calidad, como los extremos calientes, extrusoras, correas, poleas, tornillos / husillos de bolas y motores, darán como resultado impresiones de mayor calidad. Una cama con calefacción a menudo se trata como una ocurrencia tardía, pero ningún otro componente tiene tanto impacto en la calidad de impresión y los acabados como una cama con calefacción. Un lecho calentado permite temperaturas ambientales constantes que afectan directamente el alabeo, el curado, el acabado y el posprocesamiento.

Tamaño y resolución del archivo de diseño

El archivo estándar para la impresión 3D es un ‘.STL’. Un archivo .STL se importa a un controlador de impresora, cortado y exportado como Código G a la impresora. Un archivo .STL es un archivo de superficie compuesto por numerosos polígonos que se aproximan al área de superficie de una pieza 3D. Cuantos más polígonos haya en el archivo .STL, más detallada y precisa será la impresión final. Existen numerosos programas CAD en 3D (consulte Encontrar el software de modelado 3D adecuado para usted) que se pueden utilizar para modelar, diseñar y eventualmente exportar archivos .STL. Sin embargo, como ocurre con los filamentos y las impresoras, no todos los programas de CAD en 3D son iguales. Un buen software CAD 3D permite al diseñador exportar archivos binarios (comprimidos) o ASCII .STL y también permite al diseñador establecer la resolución, por ejemplo, gruesa, fina, para el archivo (ver Figura 3). Cuanto más fina es la resolución, más polígonos se requieren, lo que da como resultado mejores modelos impresos. Un método que puede usarse para determinar la calidad del archivo .STL es imprimir un cilindro. Si la parte curva del exterior resalta secciones segmentadas, entonces la resolución del archivo .STL es sospechosa, lo que da como resultado partes deficientes. Finalmente, si es posible, mantenga todos los tamaños de archivo por debajo de 5 MB. Esto asegurará que los resultados de la cortadora se optimicen antes de imprimir.

Figura 3: Opciones de exportación de SolidWorks .STL


Software de diseño

Como se mencionó anteriormente, no todos los programas de CAD en 3D son iguales. El problema real con el software CAD 3D no es si se pueden diseñar componentes y piezas precisos, sino si se pueden imprimir los componentes y piezas finales diseñados. En general, hay dos categorías de software CAD 3D: software de diseño mecánico / de ingeniería y software de escultura (consulte Cómo encontrar el software de modelado 3D adecuado para usted). El software de diseño mecánico generalmente exporta modelos .STL impecables o «herméticos» que se imprimen fácilmente. El software de escultura incorpora más superficies a mano alzada y, por lo tanto, es más propenso a tener «fugas» en los modelos .STL. Entonces, ¿cómo se sabe si un archivo .STL es hermético? En primer lugar, si su archivo .STL no se corta, es muy probable que sea un modelo con «fugas». En segundo lugar, la mayoría del software de escultura de calidad tiene herramientas para probar si hay «bordes desnudos» en el modelo. Otra herramienta común que se puede utilizar para reparar los bordes con fugas es Mezclador de malla. Mezclador de malla es una herramienta útil para reparar modelos, especialmente modelos gratuitos que se descargaron de fuentes en línea.

Firmware de la impresora 3D

El firmware no es un problema tan importante como lo ha sido en el pasado. Hay muchos tipos de firmware compatible con RepRapy diferentes impresoras eligen libremente de la lista compatible. Solo recuerde, que no es tan crucial interactuar con el firmware de una impresora como en el pasado para configurar y calibrar una impresora para la impresión 3D.

Directrices de diseño de piezas

Existen varias «mejores prácticas» que se deben tener en cuenta al diseñar e imprimir componentes y piezas de calidad. Se trata de perímetros. Si se utiliza un porcentaje de relleno estándar del 30% al 50%, puede ser mejor aumentar el recuento o el tamaño del perímetro sólido. Por ejemplo, algunos materiales, por ejemplo, el filamento de PLA, son susceptibles de dejar huecos o agujeros en el perímetro superior, especialmente si el recuento o el tamaño del perímetro es bajo. Duplique el recuento o el tamaño del perímetro para mitigar estos huecos y agujeros. Por lo tanto, un tamaño de perímetro de 1 mm (o cinco capas con una resolución estándar) debe aumentarse a 2 mm (o 10 capas a una altura de capa de 200 micrones). Las figuras 3-5 demuestran la configuración de la altura y el perímetro de la capa.

 

Figura 3: Configuración de la altura de la capa


Figura 4: Configuración del perímetro


Figura 5: Configuración de la superficie exterior


Otra práctica recomendada se refiere al grosor de la pared del modelo, especialmente si el modelo tiene un interior hueco. Tenga cuidado de hacer que las paredes sean lo suficientemente gruesas para la integridad estructural, independientemente del tamaño del modelo. Esto es particularmente importante si el componente de modelo de la pieza cambia de tamaño con frecuencia después del diseño inicial.

Los soportes pueden ser su mejor amigo si tiene un componente o pieza de forma extraña. Solo recuerda que generalmente se prefiere la impresión sin soportes, ya que la impresión con soportes requiere más postproducción. Para imprimir sin soportes, diseñe su componente o pieza para que los soportes no sean necesarios. Si diseña un conjunto completo, piense en cómo se puede segmentar el conjunto para hacer piezas imprimibles donde los soportes no son necesarios. Para obtener más información sobre la segmentación y la impresión de piezas o conjuntos grandes, consulte Impresión fuera de la caja: superando el volumen de fabricación de su impresora.

Otras consideraciones de diseño para mejorar el éxito en la impresión 3D incluyen el uso de patas de elefante, biseles y filetes, voladizos y orientación del modelo. Las patas de elefante pueden diseñarse en el modelo sólido 3D para mejorar la adherencia al lecho y mitigar la deformación (consulte la Figura 6). Estas características pueden eliminarse posteriormente mediante el procesamiento posterior de la impresión. Si hay voladizos en el diseño del modelo de la pieza, utilice biseles y filetes para mitigar la combadura y el encordado. Una buena regla general es la regla de 45 grados para voladizos, pero algunas impresoras pueden funcionar igual de bien con voladizos en ángulos más pronunciados. A continuación, recuerde orientar su modelo de tal manera que todos los componentes o características de la pieza se impriman fácilmente.

Figura 6: Ejemplo de pies de elefante


Finalmente, tenga en cuenta que todos sus componentes y piezas se ensamblarán en un producto final. Con esto en mente, no olvide permitir tolerancias entre sus componentes y las partes donde se unen o ensamblan. Por favor consulte Laboratorio Santuario 3d: Diseño de ensamblajes impresos en 3D comprender las complejidades de las tolerancias de componentes y piezas.

Hay una última cosa a considerar al diseñar un componente o pieza. Uno debe saber cómo se utilizará esa parte o cómo se procesará posteriormente. ¿Será necesario perforar la pieza o sufrirá una tensión, compresión o fuerzas de impulso extremas? Si es así, tenga en cuenta el material de origen 3D y cuánto cambian las medidas de la pieza bajo tensión con respecto al material utilizado. Siempre se recomienda reforzar las articulaciones, especialmente las articulaciones en ángulo recto.

Conclusión

La impresión 3D implica más que diseñar componentes y piezas y replicar esos modelos sólidos 3D en ensamblajes útiles. Al iniciar un diseño hay que tener en cuenta el filamento 3D a utilizar, el equipo de impresión 3D, la resolución final del modelo y las limitaciones de cada software CAD 3D para fabricar piezas de calidad. Teniendo en cuenta estos elementos clave, junto con la repetición, el profesional de la impresión 3D y el diseñador maximizarán sus esfuerzos, lo que dará como resultado productos terminados de alta calidad.

 

Otros artículos de interés

Deja un comentario