Guía de diseño para la impresión 3D – Consideraciones generales


Hay mucho mas en el diseño para la impresión 3D que solo la elección de un software CAD. Conoce los factores fundamentales que deben estar presentes en una herramienta de diseño CAD para impresión 3D.

Como parte del dominio de fabricación aditiva, la impresión 3D amplía las capacidades de los métodos de fabricación “sustractivos” tradicionales a través de la fabricación de piezas y conjuntos complejos, integrados y únicos en su tipo. Para aprovechar estas capacidades, el diseñador del producto debe estar preparado para crear componentes y piezas que maximicen las capacidades de impresión 3D sin sacrificar la apariencia deseada, la sensación y las medidas de rendimiento del producto final. Para ello, el diseño para la impresión 3D es la base a partir de la cual se fabrican piezas y productos de calidad.

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

 

Material

Como muchos profesionales de la impresión en 3D saben, todos los filamentos de impresión 3D no son iguales. Seguro que los dos tamaños estándar de filamento son 3.00 mm y 1.75 mm, ¿pero son estos diámetros realmente precisos? La respuesta corta es un rotundo “No”. Por lo tanto, asegurate de utilizar un calibre para medir el diámetro del filamento plástico 3D antes de su uso y de que se ingrese el diámetro de filamento correcto en el software de laminación utilizado.

 

Además, tené en cuenta que la calidad y consistencia del filamento 3D varía según el fabricante. A veces, usar filamentos más baratos puede causar problemas en el camino que podrían haberse evitado fácilmente si se hubiera utilizado plástico de calidad. Otra característica es el tipo de acabado que se produce en la parte 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 apariencia plana a seca. Los acabados de menor calidad se traducen directamente en mayores tiempos y costos de terminación. Tené en cuenta que todos los filamentos vendidos por SYS3D se han probado exhaustivamente para garantizar la coherencia y funcionan con todas las impresoras compatibles con RepRap.

 

Capacidades de la impresora

Al igual que el filamento 3D, todas las impresoras 3D no se crean iguales. Las impresoras varían en costo, tamaño de construcción, superficie caliente, temperatura de impresión máxima y constante, tipos de filamentos que pueden usarse y la 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 extremos calientes, extrusores, correas, poleas, tornillos / tornillos de bola y motores darán como resultado impresiones de mayor calidad. Una cama caliente a menudo se trata como una accesorio menor, pero ningún otro componente tiene tanto impacto en la calidad de impresión y terminación como una cama caliente. Una cama con calefacción permite temperaturas ambiente constantes que afectan directamente el curado, el acabado y el procesamiento posterior.

 

Diseño de resolución de archivo y tamaño

El archivo estándar para la impresión 3D es un ‘.STL’. Un archivo .STL se importa a un controlador de impresora como Slic3R, que es el responsable por laminar y exportar las instrucciones como código G a la impresora. Un archivo .STL es un archivo de superficie compuesto por numerosos polígonos que le dan forma a la superficie de una pieza 3D. Cuantos más polígonos haya en el archivo .STL, más detallada y precisa será la impresión final. Existen numerosos programas de CAD 3D  que uno puede utilizar para modelar, diseñar y, finalmente, exportar archivos .STL. Sin embargo, al igual que con los filamentos y las impresoras, no todos los software de CAD 3D son iguales. El buen software de CAD 3D permite al diseñador exportar archivos Binarios (comprimidos) o ASCII .STL y también permite al diseñador establecer la resolución para el archivo. Cuanto más fina sea 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 las secciones segmentadas, entonces la resolución del archivo .STL es sospechosa, lo que da como resultado partes por debajo del estándar. Finalmente, si es posible, mantené todos los tamaños de archivo por debajo de 5 MB. Esto asegurará que los resultados de la segmentación estén optimizados antes de la impresión.

Exportación de .STL en SolidWorks

 

Software de diseño

Como se mencionó anteriormente, no todo el software de CAD en 3D es igual. El verdadero problema con el software de CAD en 3D no es si puede diseñar componentes y piezas precisos, sino si las posibilidades de exportación nos permiten crear un archivo de calidad para la impresión 3D. En general, hay dos categorías de software de CAD en 3D: software de diseño mecánico / de ingeniería y software de modelado. El software de diseño mecánico usualmente exporta modelos .STL cerrados o “impermeables” que se imprimen fácilmente. El software de esculpido incorpora más superficie libre y es, por lo tanto, más propenso a los modelos .STL “con fugas” o segmentos abiertos. Entonces, ¿cómo saber si un archivo .STL está bien cerrado? Primero, si el archivo .STL se lamina o da error durante el proceso de laminación, entonces existe una buena posibilidad de que sea un modelo con segmentos abiertos o “fugas”. Segundo, la mayoría del software de modelado de calidad tiene herramientas para probar si hay “bordes abiertos” en el modelo. Otra herramienta común que se puede usar para reparar los bordes con fugas es Meshmixer. Meshmixer es una herramienta útil para arreglar modelos, especialmente modelos gratuitos que se descargaron de fuentes online.

 

Firmware de la impresora 3D

El firmware no es un problema tan grave como lo ha sido en el pasado. Hay muchos tipos de firmware que son compatibles con RepRap, y la mayor parte de las impresoras utilizan estos firmware. Con Repetier y Slic3r, cortar y configurar es muy fácil, especialmente. Esta poderosa herramienta permite el control completo de la impresora y, lo mejor de todo, es de descarga gratuita.

 

Pautas para el diseño de piezas

Hay varias “mejores prácticas” que se deben tener en cuenta al diseñar e imprimir componentes y piezas de calidad. Uno trata con perímetros. Si se utiliza un porcentaje de relleno estándar de 30% a 50%, puede ser mejor aumentar el tamaño del perímetro sólido. Por ejemplo, algunos materiales como el PLA son susceptibles de dejar huecos o agujeros en el perímetro superior, especialmente si el tamaño del perímetro es bajo. Aumentá el conteo del perímetro para mitigar estos huecos y agujeros.

 

 

Otra buena práctica se refiere al espesor de pared en el modelo, especialmente si el modelo tiene un interior hueco. Tené 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 del modelo de la pieza se cambia de tamaño a menudo después del diseño inicial.

Los soportes pueden ser tu mejor amigo si tenis una pieza o una parte de forma extraña. No olvides que generalmente se prefiere imprimir sin soportes, ya que imprimir con soportes requiere más posproducción. Para imprimir sin soportes, diseñá tu pieza o pieza para que los soportes no sean necesarios. Si diseñás un conjunto completo, pensá en cómo se puede segmentar el ensamblaje para hacer piezas imprimibles donde los soportes no sean necesarios.

Otras consideraciones de diseño para mejorar el éxito en la impresión 3D incluyen el uso de chaflanes y filetes, aleros y orientación del modelo. El Raft o “balsa” se puede diseñar en el modelo sólido 3D para mejorar la adherencia al lecho y disminuir el combado. Estas características se pueden eliminar más adelante mediante el procesamiento posterior de la impresión. Si hay voladizos en el diseño del modelo de la pieza, usá chaflanes y filetes para eliminar el combado. Una buena regla es la de 45 grados para voladizos, pero algunas impresoras pueden funcionar igual de bien con voladizos en ángulos más pronunciados. A continuación, recuerdá orientar tu modelo de tal manera que todas las características de la pieza se impriman fácilmente.

Finalmente, tené en cuenta que todos tus componentes y piezas se ensamblarán en un producto final. Con esto en mente, no te olvides de permitir tolerancias entre los componentes y partes en los encajes y/o ensamblados. Podes leer mas sobre piezas de encaje aquí.

Hay una última cosa a considerar cuando se diseña un componente o parte. Uno debe saber cómo se usará esa parte o cómo se procesará posteriormente. ¿Será necesario perforar la pieza o esa parte se verá sometida a una tensión extrema, compresión o fuerzas de impulso? De ser así, tené en cuenta el material 3D y cuánto cambian las medidas de la parte sometida a tensión en relación con el material utilizado. Fortalecer las articulaciones, especialmente las articulaciones en ángulos rectos, siempre es recomendable.

Conclusión

Hay más en la impresión 3D que el diseño de componentes y piezas y la replicación de esos modelos sólidos 3D en ensamblajes útiles. Al comenzar un diseño, se debe tener en cuenta el filamento 3D que se utilizará, el equipo de impresión 3D, la resolución final del modelo y las limitaciones de cada software CAD 3D para fabricar piezas de calidad. Al mantener estos elementos clave en mente, el diseñador podrá maximizar sus esfuerzos, obteniendo como resultado productos terminados de alta calidad.

 

 

Fuente: MHackers

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