Una guía para comprender las tolerancias de su impresora 3D

Me alegro de verte, me llamo Luis, un apasionado de la impresión 3d y aquí os escribo un articulo que espero que os sea de utilidad 🙂.

La mayoría de los usuarios de la tecnología de impresión 3D Fused Filament Fabrication (FFF) comprenden que la resolución en las impresiones / piezas terminadas es típicamente de 100 micrones o más, y algunos fabricantes afirman que la resolución de la impresora es de 50 micrones.

Figura 1: Impresión del modelo de precisión de dimensiones


La resolución es solo uno de los criterios que aplican los usuarios experimentados para determinar la calidad y el valor de una impresora 3D. En una competencia anual, Make Magazine convoca a Convocatoria de fabricación digital para evaluar la calidad de las máquinas a diferentes precios. Los criterios de prueba de Make son útiles para que cualquier propietario o usuario de una impresora 3D determine las tolerancias y la calidad de su equipo.

Los criterios y los modelos de impresión de prueba correspondientes abarcan toda la gama, desde la precisión / exactitud y el acabado hasta las capacidades de la máquina. Hay nueve factores principales a considerar durante la prueba de su impresora 3D. Estos factores se enumeran a continuación y se amplían con detalles causales y métodos de mitigación para producir modelos y piezas de la más alta calidad.

Precisión dimensional

La precisión dimensional no es más que demostrar que su pieza o impresión terminada posee las mismas dimensiones que la pieza o diseño original. Esto suele ser problemático cuando la base o la parte inferior de una pieza está al lado de la cama. El calor y el curado pueden causar deformaciones y, a menudo, la capa base inicial de una impresión se programa con velocidades de extrusión superiores al 100% para garantizar que la pieza se adhiera al lecho (consulte las Figuras 1 y 2). Esto da como resultado una capa inicial más ancha y con dimensiones resultantes mayores que las diseñadas. Muchos usuarios intentan mitigar esta preocupación utilizando una base de balsa antes de imprimir la primera capa de la pieza real.

También se deben considerar las implicaciones del relleno en la parte terminada. Con un relleno del 100%, la cantidad de material cuando se cura puede superponerse o extender la pieza terminada más allá de las dimensiones deseadas. También existe la posibilidad de deformaciones durante el proceso de curado. Por experiencia, el ajuste de relleno al 85% funciona mejor para un relleno máximo de calidad.

Finalmente, tenga en cuenta que la altura de capa establecida para el eje z tiene una correlación directa con la precisión dimensional en la dirección z. A menudo, el mejor método para garantizar la precisión dimensional es imprimir a una altura de capa de 100 micrones y establecer las velocidades del perímetro entre 15 y 30 mm / s.

Figura 2: Ejemplo de sobreextrusión y deformación


Acabado de superficie horizontal

Junto al alabeo y el encordado, el acabado superficial es la característica más notada por el usuario final. El acabado de la superficie es a menudo específico del material y el PLA tiene un acabado de superficie notoriamente pobre. Un método para mejorar el acabado de la superficie horizontal es reducir las velocidades de extrusión de la capa superior / inferior a entre 15 y 30 mm / s. También puede ser útil aumentar la cantidad de capas superior / inferior a cinco para garantizar un acabado suave (consulte la Figura 3). El posprocesamiento puede ser una herramienta eficaz para mejorar los acabados superficiales. Los materiales como el ABS se lijan y sellan fácilmente y se puede producir un acabado brillante a través de un Suavizante de vapor de acetona proceso. Solo recuerde que la mayoría de las piezas impresas en 3D como parte de un producto final generalmente se procesan posteriormente.

Figura 3: Observe la rugosidad del acabado debido al ángulo de la superficie de la altura de la capa


Acabado de superficie vertical

Los acabados superficiales verticales de calidad son el resultado directo de la altura de la capa, el diámetro de la boquilla y las velocidades de extrusión del perímetro. Aumentar el número de capas perimetrales probablemente no afectaría el acabado de la superficie en la dirección z, pero la velocidad de extrusión de la impresora y la altura de la capa deben ajustarse para obtener el mejor acabado. Además, tenga en cuenta el tipo de material de origen que está utilizando al ajustar la velocidad de extrusión y mantenga las alturas de sus capas entre 100 y 200 micrones. Como siempre, el posprocesamiento mejorará el acabado de la superficie de una pieza de calidad o un producto final (Ver Figuras 4 – 6).

Figura 4: Observe que el acabado en ángulos agudos no es tan suave como en curvas


Figura 5: Las superficies curvas suelen ser más suaves


Figura 6: Superficies en ángulo y curvas


Voladizos

Los voladizos son la pesadilla de los diseñadores e ingenieros a la hora de crear modelos para impresión 3D. La guía predominante es colocar la pieza de manera que no haya voladizos o proporcionar soportes impresos en 3D o reales en la dirección z una vez que comience la impresión. Al imprimir en 3D con voladizos, la mejor guía para recordar la regla de los 45 grados. La mayoría de las impresoras pueden imprimir voladizos de hasta 45 grados con pequeños problemas, pero se pueden lograr ángulos de hasta 70 grados si tiene su impresora 3D marcada (consulte la Figura 7). Además, una reducción de la altura de la capa y una velocidad de extrusión más baja pueden ayudar a imprimir ángulos superiores a 45 grados. Otro método para mitigar el problema del voladizo es diseñar en chaflanes o empalmes en el modelo sólido. Esto ayudará a la impresora a ajustar el espacio que sobresale. Al final, la prueba y el error mientras se ajusta la altura de la capa y la velocidad de extrusión revelarán el ángulo máximo de voladizo que su impresora podrá mitigar con éxito.

Figura 7: Observe la rugosidad del acabado en ángulos de más de 60 grados


Rendimiento de retracción

El encordado es una pesadilla visible y posterior al procesamiento. Es más evidente cuando se intenta imprimir más de un modelo o parte simultáneamente o cuando un modelo o parte tiene grandes espacios o espacios negativos. El encordado es un resultado directo de la longitud de retracción y la configuración de velocidad para una impresión en particular (consulte la Figura 8). Sin embargo, no se desanime. Puede encontrar una guía de referencia útil sobre la retracción y cómo mitigar el encordado en Retracción: solo di «No» a los rezumantes.

Figura 8: Ejemplo de encordado debido a retracción


Puente

Los puentes son secciones planas impresas que cruzan vanos abiertos en el modelo. Imprimir puentes es algo así como un “arte” y muchos entusiastas hacen videos de distancias que pudieron recorrer en sus impresoras en una típica bravuconería de “puedes vencer eso”. Con la mayoría de los puentes mientras se imprime a velocidades promedio, es común un tramo de 50 mm. Sin embargo, algunas impresoras pueden hacer tramos incluso más largos y la longitud del tramo también puede depender del tipo de material utilizado. Al puentear, mantenga la velocidad de la extrusora entre 20 y 30 mm / s. La configuración predeterminada para puentes suele ser de 20 mm / s (consulte la Figura 9). Solo recuerde que cuanto mayor sea la velocidad, mayores serán las posibilidades de que el filamento se combe. Prueba y error es el modus operandi para este proceso a medida que sincroniza lentamente su máquina con los materiales y velocidades óptimos.

Figura 9: Ejemplo de puente


Tolerancia de espacio negativa

Otra espina en los costados de los diseñadores e ingenieros es el problema de la tolerancia al espacio negativa. Esto realmente entra en juego cuando se intenta unir impresiones o piezas en un solo ensamblaje. Las dimensiones negativas del espacio son específicas del material y se ven afectadas por el curado y el acabado de la superficie. Muchos de estos problemas pueden mitigarse mediante el diseño, pero el ensayo y error con su máquina específica generalmente le proporcionará un camino claro hacia adelante (consulte las Figuras 10 y 11).

Figura 10: Modelo de prueba de espacio negativo con un espacio negativo de 0,2 y 0,3 mm


Figura 11: Observe que los dos pines impresos no se pudieron quitar


Z-Wobble

La oscilación en Z es un problema completamente mecánico y probablemente sea causado por componentes mecánicos fuera de tolerancia y / o una calibración incorrecta de la máquina (consulte la Figura 12). Es frecuente en las impresoras de tipo cartesiano, especialmente en aquellas con husillos de bolas de doble eje z. La rigidez en voladizo también influye en el fenómeno de oscilación, ya que a menudo las impresoras cartesianas tienen mucho «juego» en el propio carro de la impresora. Para mitigar este problema, asegúrese de que su extrusora y el carro de la impresora estén razonablemente rígidos y que el carro atraviese a lo largo del voladizo de manera nivelada. En otras palabras, asegúrese de que su máquina esté nivelada y calibrada correctamente. Algunos componentes se desgastarán con el tiempo, así que asegúrese de que los tornillos / husillos de bolas y los cojinetes se mantengan, estén lubricados y en buenas condiciones. Si ha habido algo de desgaste, es posible que desee reemplazar los componentes. Si escucha algún chirrido o sonidos de fricción, asegúrese de revisar los procesos de nivelación de la cama y los componentes. El artículo de referencia Cómo calibrar su extrusora lo guiará a través del proceso de calibración para extrusión.

La llegada de las impresoras Delta resuelve o al menos mitiga el problema de z-wobble. La oscilación en Z se elimina prácticamente en una impresora Delta debido al menor peso en la carcasa del extrusor y al uso de tres torres desde las que suspender el extrusor. La mayoría de las impresoras Delta utilizan la solución Bowden que mantiene el motor de la extrusora fuera del carro. Esta elegante solución ha mejorado muchos de los problemas asociados con una impresora cartesiana estándar.

Figura 12: Ejemplo de Z-Wobble (Imagen cortesía de Danie Grobbelaar)


Material de apoyo

Si ha estado imprimiendo en 3D durante varios años, conocerá y comprenderá los desafíos de agregar y utilizar material de soporte. Las soluciones de corte más antiguas eran conocidas por imprimir material de soporte que era casi imposible de quitar, con algunos soportes adheridos y fundidos a la pieza en sí. Los controladores actuales proporcionan una solución de soporte que es mucho más fácil de quitar y, a menudo, coloca «espacios de aire» entre la pieza real y los materiales que forman los soportes. Para una base, utilice la configuración de relleno al 10% de los patrones de línea a intervalos de 2,5 mm en la generación de soportes. Además, incluya una balsa (el artículo Imprimir con una balsa proporciona información básica) con los soportes para garantizar que el material de soporte se adhiera a la cama de impresión. Un «espacio de aire» de 0,3 mm es el valor predeterminado, pero es posible que desee ajustar esta configuración según sea necesario. Siéntase libre de aumentar la configuración de relleno y disminuir los intervalos si necesita más soporte en todo el modelo. El objetivo de los soportes es proporcionar suficiente material para que todas las facetas del modelo puedan imprimirse junto con la facilidad de extracción del material de soporte una vez finalizada la impresión. Para aquellos con impresoras de doble extrusora, es posible que desee utilizar un filamento de soporte para incluir HIPS y / o PVA en uno de los dos extrusores mientras imprime.


En resumen, la calidad de sus piezas impresas en 3D depende tanto de la comprensión de las tolerancias y capacidades de su máquina como de la nivelación de la plataforma de impresión, la nivelación de los componentes de la máquina, la calibración de la máquina y el diseño y posicionamiento del modelo / pieza para imprimir. Imprimiendo el Modelos de impresión de prueba en su máquina con diferentes materiales y configuraciones, se asegurará de que conozca las capacidades de su máquina y dónde se pueden ajustar sus tolerancias. Esto, como todas las cosas buenas de la vida, llevará tiempo, así que da un paso atrás y disfruta del viaje. Eres un creador maestro y tus habilidades y capacidades producirán piezas y productos únicos para que todos disfruten.

 

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