Diseño para la fabricación: moldeo por inyección frente a impresión 3D

Me alegro de verte, soy Luis, un friki de la impresión 3d y aquí os traigo un post que espero que os sea entretenido 🙂.

El diseño para la fabricación (DFM) abarca muchas técnicas y capacidades de fabricación. Dos técnicas conocidas y ampliamente utilizadas son el moldeo por inyección y la impresión 3D. En la fabricación de moldes de inyección y de impresión 3D, existen diferencias de proceso significativas, y estas diferencias determinarán cómo se diseñan las piezas y los componentes. A los efectos de esta discusión, nos centraremos en los materiales utilizados en la impresión FFF / FDM. Otros tipos de tecnologías de impresión 3D, por ejemplo, SLA, SLS, Polyjet, DMLS, DLM, etc. ofrecen algunas pautas de diseño únicas, pero el diseño general para la impresión 3D y la mayoría de los métodos de fabricación aditiva son esencialmente los mismos.

Costillas y fuelles

Las nervaduras se definen como paredes internas dentro de una pieza que funcionan como una forma de unir geometría, como protuberancias de tornillos a las paredes laterales, fortalecer y eliminar la flexibilidad de una pieza más grande, o actuar como un travesaño para mejorar la rigidez entre dos áreas específicas de la geometría de la pieza. Una cartela es una nervadura en ángulo que se utiliza para mejorar la resistencia de características tales como salientes roscados que no están cerca de una pared lateral, o para soportar una pieza de geometría que no tiene paredes laterales en absoluto, como una repisa. La principal diferencia es que una nervadura conecta dos superficies verticales más el revestimiento exterior de una pieza, mientras que un refuerzo conecta un revestimiento exterior más solo una pared o pieza de geometría.

En aplicaciones de moldeo por inyección, las nervaduras y los refuerzos deben diseñarse para que tengan el 60% del espesor de pared correspondiente. Esto es necesario para evitar marcas de hundimiento visibles. Un fregadero es donde la superficie opuesta a un área de plástico grueso se enfría a una velocidad diferente y crea una depresión visible en la superficie. Estas características son esenciales para evitar deformaciones en áreas sin soporte de la pieza (consulte la Figura 1).

Figura 1


En la impresión 3D, las nervaduras y los refuerzos se pueden diseñar con cualquier grosor. Cuanto más grande y robusta sea la costilla, mejor, especialmente si es estructural. Sin embargo, las nervaduras no son tan esenciales como en el moldeo por inyección (ver Figura 2).

Figura 2


Espesor de pared

En el diseño de moldeo por inyección, realice transiciones graduales entre diferentes espesores de características para evitar sumideros visibles. También evite que los jefes y las características internas se fusionen en las esquinas. Esto crea áreas de plástico grueso que no se recomiendan (consulte la Figura 3).

figura 3


En la impresión 3D, el grosor de la pared y la cantidad de relleno son esenciales para la resistencia de la pieza final. Esto difiere del moldeo por inyección ya que no hay capacidad para ajustar la cantidad de relleno y las paredes gruesas utilizan demasiado material. Recuerde ajustar el porcentaje de relleno para obtener una resistencia óptima de la pieza (consulte la Figura 3).

Sequía

Las piezas moldeadas por inyección requieren que el acero del molde se deslice fuera de las superficies de las piezas. Los ángulos de desmoldeo evitarán que la pieza se pegue y se arrastre en la geometría de la pieza. Imagínese dos superficies en ángulo tiradas de forma lineal; seguramente creará un espacio que crecerá a medida que las superficies en ángulo se separen. Sin embargo, si las paredes son verticales y paralelas, se arrastrarán entre sí o se pegarán y causarán superficies moldeadas antiestéticas o rotas.

Para el diseño de moldeo por inyección, use paredes perfiladas en la dirección de tracción, a menos que use un material liso y resbaladizo como el nailon de POM. Dos grados de calado son ideales, pero se pueden variar según el material y la longitud del trazo de la pared extraída (consulte la Figura 4).

Figura 4


El borrador en la impresión 3D es un desafío y depende completamente de la orientación de la pieza. Si el borrador está en la misma dirección que la orientación de impresión, debe haber poca preocupación. Sin embargo, si la orientación del modelo es tal que los ángulos de desmoldeo están en el mismo plano que el eje z, entonces se requiere más atención. Si la pieza no necesita dibujo, no dude en ignorarla (consulte la Figura 3).

Radios de esquina y / o base

Con el moldeo por inyección, las características internas independientes que incluyen nervaduras y protuberancias deben tener radios de base o filetes para evitar que las características se separen del molde. Además, si hay espacio en las áreas cercanas de la pared, construya nervaduras de soporte. Las piezas siempre deben diseñarse con esquinas redondeadas, ya que esto permite un flujo de material sin restricciones en la formación del molde (ver Figuras 3 y 4).

Las impresoras 3D hacen un excelente trabajo con curvas y radios siempre que sean paralelas a la placa de construcción, es decir, la curva la dibuja el extrusor. Si la curvatura o los radios son superiores a 45 grados en relación con el eje / plano z o en la parte inferior de la pieza, lo más probable es que tenga algunos defectos. Si es posible, utilice chaflanes en la geometría de los radios de la cara inferior o reoriente el modelo de impresión para permitir una impresión más favorable de la función (consulte la Figura 4).

Apoyos

Los moldes de inyección no utilizan soportes que prevalecen en la impresión 3D (ver Figuras 5 y 6). Sin embargo, estos moldes tienen geometría de movimiento adicional para que el molde funcione, como líneas de enfriamiento, puntos de inyección y pasadores de expulsión. Estos crearán marcas o imperfecciones en la superficie similares a cómo funcionan los soportes y si es posible deben colocarse donde no se altere la estética de la pieza.

Independientemente del material que se utilice en la impresión 3D, la dirección z es el eslabón más débil en las piezas impresas. Las capas de material están presentes a lo largo del eje Z y es la ubicación donde ocurren la mayoría de las fallas en las piezas. Este problema se puede mitigar uniendo geometría / soportes independientes a otra característica o la placa de construcción, o agregando chaflanes a la base. Además, la deformación es un desafío importante al fabricar piezas grandes. Las piezas deben diseñarse para minimizar la posibilidad de deformaciones. Siéntase libre de agregar soportes estructurales, refuerzos u otras características cuando y donde tenga sentido.

Figura 5


Figura 6


Cortes

Si se requiere un sujetador u otra característica que generalmente está oculta de la dirección de la moldura principal, la característica requerirá deslizadores, elevadores, núcleos giratorios u otros métodos de diseño para crear la pieza final (consulte la Figura 7). Los toboganes funcionan moviéndose perpendicularmente a la dirección principal de la moldura y solo se pueden usar en una de las superficies exteriores de una pieza. Requieren sus propios ángulos de desmoldeo y crean partes móviles adicionales para las diapositivas. Los elevadores son guías especiales en voladizo para crear cortes en las superficies internas de la pieza, y están limitados a cortes poco profundos ya que el elevador trabaja en diagonal a las direcciones de la moldura. Finalmente, los núcleos rotativos se utilizan específicamente para crear hilos internos cuando se necesitan hilos completos. Se pueden quitar mecánicamente o con la mano y requieren que se giren fuera del molde. Es necesario moldear marcas especiales antirrotación en la pieza para garantizar que toda la pieza no se mueva al extraer estos núcleos. Mire la superficie inferior de la mayoría de las tapas de las botellas de champú y verá el patrón que está moldeado para evitar que la pieza gire.

Figura 7


Los recortes es donde brilla la impresión 3D. Los recortes rara vez son un problema y, si bien pueden necesitar soportes en la impresión, es posible que aún pueda imprimir y probar algunas partes muy complejas. Cuando diseña bien, es posible que pueda imprimir en 3D piezas únicas que nunca podrían fabricarse de manera tradicional. De hecho, los artículos de baja producción que utilizan los procesos SLS y DMLS pueden hacer cualquier cosa, desde implantes personalizados hasta drones que serían imposibles de moldear (ver Figuras 6, 8 y 9).

Figura 8


Figura 9


Otras consideraciones de diseño

Además de las características de las piezas, las tolerancias en la fabricación deben estar a la vanguardia para que múltiples piezas moldeadas por inyección o de impresión 3D puedan ensamblarse fácilmente en un producto final. Generalmente, la tolerancia de la pieza moldeada por inyección es de +/- .125 mm, mientras que las tolerancias impresas en 3D varían según la impresora y el material utilizado. Como resultado, puede ser necesario un poco de prueba y error para determinar las tolerancias de las piezas ensambladas cuando se utilizan impresoras 3D. Para obtener más información sobre las tolerancias de la impresora 3D, visite el artículo Una guía para comprender las tolerancias de su impresora 3D.

Si bien DFM es mucho más, la información anterior debería proporcionar un excelente esquema a seguir al comenzar el diseño del producto. Estas pautas no solo muestran el camino hacia las piezas fabricadas sobresalientes, sino que le ahorrarán tiempo y dinero durante el proceso de diseño. Si desea una consulta sobre su próximo proyecto, puede visitar mi página web en www.catzdesignfarm.com.

 

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