Saiba escolher o melhor sentido de impressão das peças 3D!

Saiba escolher o melhor sentido de impressão das peças 3D!

Você sabia que o sentido de impressão tem total influência em diversos parâmetros da sua peça? Resistência mecânica, qualidade superficial e muitas outras características podem sofrer variação dependendo de como você posiciona seu modelo para imprimir.


Antes da impressora 3D começar a produzir uma peça há muito trabalho de preparação. O arquivo pode ser modelado do zero ou então ser buscado em algum site na internet. Depois disso, é hora de fatiar a peça em um software de impressão, como o Simplify 3D ou Cura. Nesse momento, escolher o sentido de impressão das peças em relação à base é fundamental.

Apesar de tamanha importância, muitos usuários de impressão 3D não se atentam para a posição em que as peças serão colocadas para imprimir. Se o objeto tiver que suportar um certo esforço, essa escolha tem influência direta na resistência mecânica e, portanto, pode ditar o sucesso ou fracasso do projeto.

Então, criamos este conteúdo justamente para deixar claro a importância do sentido de impressão das peças e como fazer essa escolha. Acompanhe!

Importância do sentido de impressão das peças em relação à base

Em qualquer projeto é importante considerar a qualidade desejada para sua impressão 3D ao selecionar a orientação. Dependendo da geometria do objeto eles podem ter força, estética e velocidade ideais de construção a partir de uma única mudança de sentido de impressão das peças.

Portanto, na maioria das vezes o sentido de impressão das peças desempenha um papel crítico na determinação do resultado do seu projeto.

Então, agora vejamos como alguns parâmetros são afetados com essa escolha:

Precisão

Considere um cilindro com um orifício (10mm de diâmetro externo, 6mm de diâmetro interno, 30mm de comprimento) impresso com seu eixo central vertical. A impressora 3D construiria essa peça como uma série de círculos concêntricos sobrepostos. Isso produziria um cilindro final com uma superfície externa relativamente lisa.

Se o mesmo cilindro for reorientado horizontalmente com seu eixo central, a peça será construída como uma série de retângulos (com largura ligeiramente diferente) sobrepostos. Além disso, a superfície do cilindro que toca a mesa será plana.

Ao escolher um diferente sentido de impressão das peças pode haver uma diferença significativa na precisão do modelo. Isso pode ser observado na foto abaixo.

Tempo de impressão

O sentido de impressão das peças também pode ter um impacto significativo no tempo de impressão.

Usando como exemplo o cilindro da seção anterior, a orientação horizontal levará significativamente menos tempo para imprimir. Isso porque o número total de camadas é significativamente reduzido. Nesse exemplo o cilindro horizontal será impresso com 100 camadas totais e o vertical com 300 camadas. Podendo resultar assim em diferenças significativas de tempo para peças grandes.

Essa diferença de tempo é explicada pela velocidade de movimentação no eixo Z ser bem inferior aos valores encontrados nos eixos X e Y.

Além disso, por causa do uso do material de suporte a velocidade de impressão da peça também pode ser afetada. Assim girar uma peça para um sentido diferente pode diminuir o uso do suporte e consequentemente o tempo de impressão.

O sentido de impressão das peças afeta o tempo de impressão e o consumo de material (esquerda); orientação adequada pode reduzir ambos (direita).
Em geral, diferentes sentidos visam minimizar a altura total do Z e o material de suporte, para maximizar o rendimento do projeto. No entanto, recomenda-se avaliar também o sentido de impressão das peças quanto ao acabamento ou resistência. Pois as orientações otimizadas para a velocidade podem afetar negativamente tanto a resistência quanto o acabamento da superfície.

Força

Algumas impressões 3D, principalmente FDM, criam peças que possuem propriedades inerentemente anisotrópicas. Ou seja, certas propriedades físicas como dureza, resistência mecânica, refração da luz, por exemplo, dependem da direção em que são medidas. Por isso elas são muito mais fortes na direção XY do que na direção Z.

Quando você está cortando seu modelo 3D para impressão, o primeiro foco é normalmente a maneira mais fácil de colocar sua peça para ser impressa. Realmente isso é muito importante e deve ser considerado. No entanto, para a maioria dos modelos é possível obter diferentes orientações para o mesmo objeto. Como tal, pode ser muito benéfico planejar a impressão de forma a maximizar sua força.

Geralmente, o eixo Z de uma impressão é considerado o mais fraco. Isso ocorre porque nesse eixo existe a possibilidade de separação entre camadas. Enquanto os eixos X e Y são compostos de muito mais filamentos contínuos. Isso significa que, se todo o resto for igual, a impressão provavelmente falhará entre as camadas no eixo Z. O grau da diferença de força entre os diferentes eixos dependerá da impressora e do material, pois alguns têm melhor aderência de camadas do que outros.

Exemplo:

Ao imprimir um objeto como este suporte de carretel abaixo, o sentido de impressão desempenhará um papel importante na resistência final do objeto.

Neste exemplo a maior parte do estresse estará em um único eixo. Por isso podemos simplesmente escolher o sentido que moverá as camadas mais fracas do eixo Z para não se alinharem com a nossa direção do estresse. Abaixo você pode ver um layout melhor para a força geral do objeto (ângulo de 45º).

Assim essa orientação vai resultar em uma parte muito mais forte para a peça. A única desvantagem de escolher o sentido mais forte é que ele pode exigir material adicional (suporte) e consequentemente um tempo maior de impressão.

Vale lembrar que a maioria das peças que você imprime pode não precisar ter seu sentido otimizado. No entanto, essa é uma excelente maneira de ganhar um pouco mais de força. Muitas vezes o posicionamento ideal é em torno de um ângulo de 45º. Pois isso pode servir para a distribuição da fragilidade entre dois eixos em seu objeto e reduzir a chance geral de falha durante o uso.

Resistência à flexão

Para verificar os efeitos do sentido de impressão das peças FDM na resistência geral do projeto, utilizamos um teste de flexão de três pontos realizado pela Plos One. Todas as amostras testadas foram impressas em ABS. Usando assim a mesma geometria retangular em cada sentido de impressão das peças.

Os parâmetros de impressão e trajetória de extrusão afetam as camadas do ABS. Portanto, influenciam em sua resistência geral!

Embora as amostras tenham sido impressas em vários sentidos, todas foram submetidas a testes de flexão na mesma orientação. Um diagrama de sentido de impressão das peças também é mostrado para ilustrar as diferenças.

Estruturas de suporte

O material de suporte adiciona tempo e custo extras a uma impressão 3D. Portanto, muito tempo de projeto é gasto no sentido ideal da peça para reduzir a probabilidade de falha de impressão e a quantidade de material necessário.

O uso do suporte também depende do sentido da peça. Saliências devem ser apoiadas! No exemplo abaixo, o suporte à esquerda teria uma quantidade muito grande de material. No entanto, o apoio à direita usaria uma quantidade mínima. Menos material de suporte também reduzirá seus tempos de construção.

A remoção de suporte é uma preocupação! No exemplo abaixo, os suportes que preenchem o furo mais longo na parte esquerda serão difíceis de remover. Isso porque eles estão dentro da peça. A mesma peça à direita não precisará de suportes no furo maior. Isso porque ele é vertical e os suportes nos orifícios mais rasos serão relativamente fáceis de remover.

Qualidade do acabamento

O sentido de impressão das peças afeta o acabamento da superfície. Isso é devido ao processo de fatiamento e a construção no eixo Z. Isso porque orientar a peça de modo que as superfícies curvadas ou inclinadas sejam construídas paralelamente ao eixo Z resultará em superfícies mais lisas.

Quando houver superfícies curvas na parte superior ou inferior da peça, aparecerão “degraus escalonados” depois de serem projetadas. Ao orientar a peça com superfícies curvas posicionadas no eixo Z (para os lados), as superfícies parecerão muito mais suaves.

Geralmente, as superfícies voltadas para cima terão o melhor acabamento superficial, mas isso varia de processo para processo:

  • Para FDM, a superfície superior é suavizada pela ponta de extrusão, a superfície em contato com a mesa de impressão geralmente será brilhante e as superfícies acima das estruturas de suporte terão um acabamento pior.
  • Para o SLA, as superfícies inferiores terão marcas de suporte e exigirão pós-processamento, enquanto as superfícies superiores serão lisas e sem marcas de suporte.
  • Peças impressas com processos de impressão 3D como SLS e Binder Jetting, terão um acabamento mais granulado em suas superfícies inferiores.
  • As peças impressas com Material Jetting terão um acabamento mate na superfície impressa em suportes. Caso contrário, terá um acabamento brilhante.

Algumas dicas

Confira agora algumas dicas extras que preparamos:

  • oriente os recursos cilíndricos verticalmente para obter um acabamento de superfície mais suave;
  • considere a direção do carregamento ao escolher o sentido quando se tratar de uma peça funcional;
  • a orientação das peças é mais importante para os processos de impressão 3D FDM e SLA / DLP.

Vale ressaltar que orientar peças em FDM tem um impacto enorme em sua resistência e aparência geral, especialmente para recursos finos e concêntricos. Recursos concêntricos ficam melhores quando as camadas são impressas paralelamente ao eixo XY. Muitos recursos finos (como guias) são mais fortes quando impressos paralelamente ao eixo XY.

Projetar uma peça para que os recursos frágeis e concêntricos fiquem na mesma direção ajudará a determinar a melhor orientação para sua impressão 3D.

Agora que você já sabe que o sentido de impressão das peças 3D pode ajudar a deixá-las mais fortes, que tal aprender outras maneiras de deixar suas impressões mais resistentes?

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