Ao imprimir em 3D, você precisa considerar dois aspectos críticos que determinarão a qualidade do objeto. O primeiro se concentra na impressora 3D em si, incluindo confiabilidade, características técnicas e material. O segundo considera o design e como ele se adapta à tecnologia de fabricação escolhida.

 
Neste artigo, abordaremos alguns dos aspectos de design mais cruciais que você deve considerar ao projetar para impressão 3D FDM (Modelagem por Deposição Fundida). Isso ajudará você a aumentar a eficiência e a criar produtos melhores.
 

Dicas para projetar para impressão 3D

 
As dicas a seguir baseiam-se nas limitações e requisitos de design da impressão 3D FDM. No entanto, elas também são úteis se você estiver prototipando com outras tecnologias de impressão 3D, como SLA, DLP ou SLS.
 

Espessura da parede

Se você estiver projetando um invólucro ou a estrutura externa de um produto, precisa considerar que a espessura mínima da parede para impressão 3D FDM é de 0,8 mm . A espessura da parede está altamente relacionada ao diâmetro do bico, que é o elemento onde o material é extrudado.
 
O diâmetro padrão do bico é de 0,4 mm, e a espessura da parede deve ser de pelo menos o dobro do diâmetro do bico . Se você usar um bico de 0,8 mm, a espessura da parede deve ser de pelo menos 1,6 mm.
 
Dependendo do software de fatiamento usado, paredes mais finas podem ser ignoradas e não impressas ou podem ser impressas, embora a qualidade da superfície e a resistência da peça sejam reduzidas.

Pontes

Bridging refere-se à capacidade da impressora 3D de imprimir no ar entre dois pontos sem a necessidade de material de suporte.
 
Embora a ponte seja fortemente afetada pela impressora 3D e pelos materiais utilizados, não é recomendado adicionar vãos ou pontes com mais de 15 mm . Se um projeto incluir vãos maiores que 15 mm, a parte inferior da ponte cederá, a menos que seja adicionado material de suporte. Reduzir o tamanho do vão é a melhor solução , pois o uso de material de suporte pode danificar levemente a superfície onde o material de suporte toca a peça.
 
É importante mencionar que pontes conectam dois pontos que estão na mesma altura, e os conectam por uma linha reta. Qualquer vão que conecte dois pontos em alturas diferentes é uma saliência.
 

Saliências

As impressoras 3D FDM depositam múltiplas camadas de plástico, uma sobre a outra, para criar um objeto. Não é possível imprimir no ar. Isso significa que você controla as saliências do seu design ou usa material de suporte. Saliências de até 45º imprimem com alta qualidade. Dependendo do material, da altura da camada e da impressora 3D utilizada, você pode imprimir saliências de até 60º com qualidade decente. Recomenda-se usar material de suporte em todas as saliências acima de 60º .
Uma ótima maneira de ver os diferentes tipos de saliências e pontes é com a palavra THEY. Cada uma das letras tem um formato único, e alguns dos problemas mais comuns de impressão 3D apareceriam se as letras fossem impressas em 3D em sua posição original . Como você pode ver na imagem abaixo, tanto T quanto E têm duas saliências, o que exigiria material de suporte. No entanto, a letra H tem uma ponte e a letra Y tem pequenas saliências, o que significa que essas duas letras poderiam ser impressas em 3D em sua posição original.

Furos verticais

Se você está acostumado com a impressão 3D FDM, sabe que furos verticais subdimensionados são um problema comum . Isso está relacionado ao processo de fabricação, pois o plástico extrudado é comprimido contra a camada anterior, expandindo-se no plano XY, resultando em furos menores do que o esperado.
 
As variações verticais no tamanho dos furos são afetadas pelo tipo de impressora 3D, material e configurações de impressão. A melhor solução é realizar alguns testes para encontrar a quantidade de subdimensionamento e compensá-la no design . Por exemplo, se você quiser um furo de 2 mm, pode ser necessário adicionar 0,2 mm para compensá-lo.
Caso não seja possível fazer alterações no modelo 3D, os furos podem ser simplesmente perfurados após a impressão. Essa opção leva tempo, mas oferece a maior precisão possível.
 
Nos casos em que os fixadores serão inseridos em furos verticais, você pode subdimensioná-los propositalmente para evitar o uso de porcas. Por exemplo, se você for usar parafusos de 3 mm, os furos podem ser de 2,8 mm, gerando uma fixação firme ao inseri-los. Lembre-se de que, se os furos forem muito pequenos, a peça pode quebrar ao inserir o fixador.
 

Buracos e arcos horizontais

Embora os furos horizontais também sejam subdimensionados, a causa é diferente. Ao projetar uma peça com furos ou arcos horizontais, a parte superior do círculo se torna uma saliência .
 
Se os furos e arcos tiverem uma finalidade visual, usar material de suporte é a melhor opção. No entanto, se os furos forem funcionais e você for inserir fixadores, considere modificar o design para transformá-lo em um furo em formato de lágrima . Isso mudará a saliência e lhe dará mais opções para controlar o tamanho insuficiente.

Orientação da peça

Na maioria dos casos, a posição em que a peça é impressa em 3D não corresponde à posição de uso. Por exemplo, com a palavra THEY, podemos ver que apenas a letra Y pode ser facilmente impressa em 3D em sua posição original.
 
O objetivo ao orientar uma peça é reduzir saliências , pontes e quaisquer outros elementos que possam reduzir a qualidade de impressão ou a taxa de sucesso.

Superfície da parte inferior

A primeira camada do objeto é impressa em 3D sobre uma superfície plana e precisa aderir muito bem a ela. As impressoras 3D FDM geralmente vêm com uma mesa aquecida e superfícies de impressão específicas que aumentam a adesão das peças. No entanto, você também pode projetar peças com maior capacidade de impressão.
 
Se o seu design puder ser impresso de várias maneiras, encontre a orientação da peça que cobre a maior superfície . Por exemplo, se a letra Y for impressa em 3D em sua posição original, a primeira camada consistirá em um pequeno quadrado. Se você virar o Y de cabeça para baixo, a superfície de impressão dobrará. No entanto, se o modelo for girado 90º e ficar plano, a superfície de impressão aumentará enormemente, reduzindo riscos e aumentando a qualidade da impressão.

Orientação de uso

Devido ao processo de fabricação, as peças impressas em 3D geralmente são mais fracas na direção perpendicular às camadas. Isso está relacionado à aderência das camadas umas às outras, e as configurações e os materiais de impressão devem ser levados em consideração.
 
Se estiver imprimindo uma peça funcional, você precisa considerar a orientação da peça ao preparar os arquivos. Quanto maior a superfície de uma camada, mais resistente ela é. Por exemplo, se você projetar uma peça longa que precisa suportar peso, imprima-a de forma que as linhas da camada fiquem perpendiculares à direção do peso.

Pé de elefante

Como mencionamos, uma boa adesão da primeira camada à superfície de impressão é essencial. No entanto, às vezes, você pode acabar com uma peça com uma primeira camada saliente, o que é chamado de “pé de elefante” .
 
Este problema geralmente é resultado de nivelamento inadequado da cama ou configurações de impressão . Quando o material é extrudado, o bico por onde ele flui fica muito próximo da superfície de impressão, expandindo o material para os lados. Assim que as primeiras camadas são depositadas, esse problema desaparece.
 
O pé de elefante pode arruinar uma peça visualmente e também funcionalmente, pois reduz as tolerâncias e impossibilita sua combinação com outros componentes que exigem alta precisão.
 
As soluções mais comuns incluem verificar o nivelamento da superfície para garantir que o bico não esteja muito próximo, imprimir usando uma jangada, diminuir a temperatura da cama (especialmente útil se estiver imprimindo com PLA) ou adicionar chanfros nas bordas inferiores.
 

Deformação

Se a pata de elefante é um sinal de excesso de adesão, a deformação representa o oposto. Ao imprimir objetos grandes, a adesão da mesa tende a ser difícil, e o nivelamento e as configurações da mesa se tornam realmente essenciais. Você notará que uma peça está deformada quando os cantos da parte inferior do seu modelo se dobram para cima .
 
Algumas soluções de design que reduzem a deformação incluem adicionar cantos arredondados ou simplesmente evitar modelos grandes e planos.
Também é importante mencionar que as bordas inferiores não devem incluir filetes, pois isso aumenta a deformação . Por outro lado, pequenos chanfros nessas bordas podem ser muito úteis, pois compensam o efeito pé de elefante e permitem reduzir a distância entre a extrusora e a superfície de impressão.
 

Tamanho do texto

Adicionar texto a um modelo 3D pode ser complicado, pois nem todas as fontes e tamanhos serão legíveis. Os recursos mecânicos da impressora 3D também desempenham um papel importante, pois textos pequenos geralmente levam a resolução da impressão ao limite. Aqui estão algumas dicas se você quiser adicionar texto ao seu modelo 3D:
 
– Use fontes sem serifa, como Arial, Montserrat ou Helvetica, pois os traços têm uma espessura consistente.
– Redimensione o texto para que todos os traços tenham uma espessura de traço de pelo menos 0,8 mm ou a espessura mínima da parede.
– Você pode gravar ou gravar o texto, mas a profundidade recomendada é a mesma: 0,4 mm ou o diâmetro do bico.
Lembre-se de que o importante não é o tamanho do texto, mas sim a espessura do traço . Você pode adicionar um texto bem pequeno usando uma fonte sans serif em negrito, mas precisará de um texto maior se quiser usar uma fonte script.

 

Bordas

Se você olhar ao seu redor, notará que não há muitos objetos com bordas afiadas, sendo este o principal motivo pelo qual não é confortável segurar um objeto pontiagudo na mão. Felizmente, é recomendável arredondar os cantos do seu modelo 3D se você for usar uma impressora 3D FDM.
 
A razão para isso não é ergonomia, mas sim inércia. A parte da impressora que segura a extrusora e se move precisa mudar de direção várias vezes a cada minuto. Se ela precisar girar 90º repentinamente, gerará muita inércia, o que criará artefatos na superfície do modelo. No entanto, se você arredondar os cantos, a inércia será reduzida e a superfície do modelo parecerá mais limpa. Um pequeno filete de 2 mm pode fazer uma grande diferença .

Tamanho mínimo do recurso

A menor característica imprimível de um modelo 3D é determinada pelo diâmetro do bico e pelos motores utilizados pela impressora 3D. Devido ao processo de fabricação, o plástico extrudado precisa ser moldado em um formato grande o suficiente para que possa se solidificar, mantendo o formato original.
 
O tamanho mínimo do recurso para impressão 3D FDM é de 2 mm , embora o formato do modelo 3D e o material escolhido possam exigir tamanhos de recurso um pouco maiores.
Em recursos pequenos, os pinos verticais podem ser os mais complicados. Devido à pequena superfície de impressão e ao fato de geralmente estarem na parte superior do modelo 3D, eles exigem um tamanho mínimo para serem impressos com qualidade decente.
 
Pinos verticais com diâmetro inferior a 3 mm provavelmente se deformarão durante a impressão, pois o material é extrudado mais rápido do que consegue esfriar e solidificar. Pinos com diâmetros entre 3 mm e 5 mm são grandes o suficiente para impressão, mas a qualidade depende do material e das configurações de impressão. Se possível, use pinos de 6 mm ou maiores para obter a melhor qualidade .

Filés

Se você deseja reforçar partes do seu modelo 3D, os filetes são a solução mais fácil. Isso é especialmente útil para os elementos frágeis que se conectam ao corpo principal. Adicionar um filete simples pode fortalecer a peça e reduzir as concentrações de tensão.
 
Bordas arredondadas são essenciais ao projetar gabinetes, pois é preciso atingir certa resistência mesmo com espaço e material limitados.

Costelas

Ao desmontar um produto eletrônico, é provável que você encontre nervuras conectando elementos críticos de design no interior. Há uma razão para isso. As nervuras são usadas para reforçar paredes finas e sustentar saliências . Elas podem ser combinadas com filetes se for necessária resistência adicional e são compatíveis com outras tecnologias de fabricação, como moldagem por injeção.

Dividir o modelo

Se o seu modelo 3D for muito complexo e não houver como imprimi-lo de forma eficiente, divida-o. Isso reduzirá os riscos, pois imprimir peças menores geralmente é mais fácil do que imprimir uma peça grande . Além disso, você terá a chance de otimizar a orientação das peças e aumentar a resistência geral.
 
Dividir um modelo 3D é especialmente útil quando se trabalha com formas orgânicas ou redondas, onde não há superfícies inferiores planas . Por exemplo, imprimir uma esfera em 3D como uma única parte exigiria material de suporte, e a metade inferior teria uma qualidade de superfície inferior. No entanto, se você dividir o modelo em duas metades, elas poderão ser impressas em alta qualidade sem material de suporte.

Tolerâncias de peças interligadas

O seu modelo 3D inclui duas peças interligadas? Se for o caso, deixe uma distância de 0,3 mm entre as peças para facilitar a montagem . A distância recomendada depende do tipo de impressora 3D e da sua calibração, embora uma distância de 0,3 mm seja considerada segura o suficiente.
 
Por exemplo, se você quiser inserir um cubo de 10 mm em um furo quadrado, a lateral do furo deve medir pelo menos 10,6 mm (+0,3 mm em cada lado). Recomendamos testar a máquina e entrar em contato com o fabricante da impressora 3D para saber as tolerâncias exatas que ela pode atingir. Além disso, considere a precisão dimensional geral da peça que você vai imprimir em 3D . Por exemplo, impressoras 3D FDM de mesa geralmente oferecem uma precisão dimensional de +/- 0,2 mm. Na impressão 3D FDM, isso geralmente está relacionado à contração do material.

Material de apoio ao controle

Você pode evitar material de suporte de várias maneiras, mas às vezes precisará usá-lo. Nesses casos, você deve ser capaz de controlar o design para adicionar o mínimo de suporte possível e em locais onde ele possa ser facilmente removido.
 
É importante lembrar que remover o material de suporte pode deixar marcas na superfície , o que significa que você precisará pós-processar a peça se quiser um acabamento de superfície liso.
 
Por exemplo, se o seu modelo tiver formas orgânicas, como galhos ou braços, é recomendável orientá-lo de uma forma que permita colocar o material de suporte em partes que não sejam visíveis ou facilmente pós-processadas .
Embora não seja comum, você sempre pode incorporar estruturas de suporte ao design, pois pode controlá-las melhor do que com o software de fatiamento. No entanto, pode não ser a melhor solução se o design for impresso em 3D com máquinas diferentes, pois cada uma delas lida com as estruturas de suporte de uma maneira diferente.
 

Densidade da malha

Se seu design não foi feito para ser impresso em 3D, você precisará verificar alguns detalhes, incluindo a densidade da malha (também conhecida como resolução da malha).
 
Ao exportar um modelo 3D, uma malha é gerada. Você precisa encontrar a densidade de malha correta com base na finalidade do objeto. Uma malha de baixa densidade gerará um objeto impresso em 3D onde você pode ver as faces, o que não é ideal se for um elemento visual. Por outro lado, se a densidade da malha for muito alta, a impressora 3D e o software de fatiamento podem ter problemas para processar o arquivo.

Material

Existem dezenas de materiais de impressão 3D, e cada um deles tem seus próprios requisitos de design. Isso significa que o design impresso em 3D com PETG resistente pode não ter a mesma qualidade se você usar materiais flexíveis.
 
Cada fabricante de materiais tem suas próprias recomendações, e você precisa levá-las em consideração ao projetar. Alguns aspectos críticos que devem ser considerados incluem o ângulo de projeção, a aderência da camada inferior e o tamanho mínimo do elemento.
 

Conclusão

A maioria dos aspectos mencionados acima pode ser facilmente implementada na maioria dos fluxos de trabalho de modelagem. Há muitos pequenos detalhes que melhoram a experiência de impressão 3D quando implementados.
 
É essencial que tanto os consumidores quanto os fabricantes de impressão 3D entendam como a impressão 3D funciona e como projetar para ela. A impressão 3D mudou a maneira como projetamos e fabricamos, porque podemos ajustar e modificar quase qualquer parâmetro para criar produtos exclusivos.
 
Esperamos que este artigo seja um guia útil para você criar protótipos e criar produtos melhores. Compartilhe suas melhores dicas de prototipagem nos comentários abaixo. E se você achou este artigo útil, ajude outras pessoas também curtindo e compartilhando.