Una guía para comprender las tolerancias de tu impresora 3D


La mayoría de los usuarios de la tecnología de impresión 3D  FDM (Modelado por Deposición Fundida) saben que la resolución en impresiones / piezas acabadas es típicamente de 100 micrones o más, y algunos fabricantes afirman que la resolución de la impresora es de 50 micrones.

Impresión del modelo de precisión de dimensiones

La resolución es solo un criterio que aplican los usuarios experimentados para determinar la calidad y el valor de una impresora 3D.  Los criterios y los correspondientes modelos de prueba abarcan desde la precisión 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 con el fin de producir modelos y piezas de la más alta calidad.

Precisión dimensional

La precisión dimensional no es más que demostrar que su pieza acabada posee las mismas dimensiones que la pieza original o el diseño. Esto a menudo es problemático cuando la base o el fondo de una pieza está al lado de la cama. El calor y el curado pueden causar deformación y, a menudo, la capa base inicial de una impresión se programa con tasas de extrusión superiores al 100% para garantizar que la pieza se adhiera a la cama. Esto da como resultado una capa inicial más amplia y con las dimensiones resultantes mayores que las diseñadas. Muchos usuarios intentan mitigar esta preocupación utilizando una base de balsas (Raft) antes de imprimir la primera capa de la pieza real. También se deben considerar las implicaciones del relleno en la parte completa. Con un relleno del 100%, la cantidad de material cuando se cura puede solaparse o extender la parte terminada más allá de las dimensiones deseadas. También hay una posibilidad de deformación durante el proceso de curado. Por experiencia, una configuración de relleno 85% funciona mejor para un relleno máximo de calidad.

Finalmente, tené en cuenta que la altura de la capa establecida para el eje z tiene una correlación directa con la precisión dimensional en la dirección z. Muchas veces, el mejor método para garantizar la precisión dimensional es imprimir a una altura de capa de 100 micras (0.1mm) y establecer las velocidades del perímetro entre 15 – 30 mm / s.

Ejemplo de sobreextrusión y deformación

Acabado de superficie horizontal

Junto a la deformación y el encordado, el acabado superficial es la característica más notada por el usuario final. El acabado superficial a menudo, con un material específico como el PLA, es notoriamente pobre. Un método para mejorar el acabado superficial horizontal es reducir las velocidades de extrusión de la capa superior / inferior a 15-30 mm / s. También puede ayudar a aumentar el número de capas superiores e inferiores a cinco para garantizar un acabado uniforme (consulte la imágen 3). El procesamiento posterior puede ser una herramienta efectiva para mejorar los acabados superficiales. Los materiales como el ABS se lijan y sellan fácilmente y se puede producir un acabado brillante mediante un proceso de alisado de vapor de acetona. Solo recuerde que la mayoría de las piezas impresas en 3D como parte de un producto final, generalmente se procesan posteriormente.

Observá la rugosidad del acabado debido al ángulo de superficie de la altura de la capa.

Acabado superficial 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 deberían ajustarse para obtener el mejor acabado. Además, tené en cuenta el tipo de material que está utilizando al ajustar la velocidad de extrusión y mantener las alturas de capa entre 100 y 200 micras (0,1mm a 0,2mm). Como siempre, el procesamiento posterior mejorará el acabado de la superficie de una pieza de calidad o producto final.

Observá que el acabado en ángulos agudos no es tan suave como en las curvas.

 

Las superficies curvas suelen ser más suaves.

 

Superficies angulosas y curvas.

Sobresalientes

Los salientes son la perdición de diseñadores e ingenieros al crear modelos para impresión 3D. La orientación predominante es posicionar la pieza para que no haya voladizos o para proporcionar soportes impresos en 3D o reales en la dirección z una vez que comienza la impresión. Cuando se imprime en 3D con voladizos, la mejor guía es recordar la regla de los 45 grados. La mayoría de las impresoras pueden imprimir sobresaltos de hasta 45 grados con pequeños problemas, pero se pueden lograr ángulos de hasta 70 grados. Además, una reducción de la altura de la capa y una velocidad de extrusión más baja pueden ayudar a imprimir ángulos de más de 45 grados. Otro método para mitigar el problema del saliente es diseñar chaflanes o filetes en el modelo sólido. Esto ayudará a la impresora a ajustar la brecha de saliente. Al final, la prueba y el error al ajustar la altura de la capa y la velocidad de extrusión revelarán el ángulo máximo de proyección que su impresora podrá mitigar con éxito.

Observá la rugosidad del acabado en ángulos de más de 60 grados.

Retracción del rendimiento

El “Stringing” es una pesadilla visible y posterior al procesamiento. Con mayor frecuencia, es evidente cuando se intenta imprimir más de un modelo o pieza simultáneamente o cuando un modelo o pieza tiene grandes espacios o espacio negativo. El encordado es un resultado directo de los ajustes de longitud y velocidad de retracción para una impresión en particular. 

Ejemplo de enhebrado debido a la retracción.

Bridging

Los puentes son secciones planas impresas que cruzan luces abiertas en el modelo. La impresión de puentes es algo así como un “arte” y muchos entusiastas hacen videos de distancias que fueron capaces de abarcar en sus impresoras, desafiando: “¿quien puede superarlo?”. En la mayoría de los puentes, imprimiendo a velocidades promedio, es común un lapso de 50 mm. Sin embargo, algunas impresoras pueden hacer tramos aún más largos y la duración del tramo también puede depender del tipo de material utilizado. Al hacer un puente, mantené la velocidad del extrusor entre 20 – 30 mm / s. La configuración predeterminada para puentes es de 20 mm / s. Solo recordá que cuanto mayor sea la velocidad, mayores serán las probabilidades de que se produzcan caídas de filamentos. Prueba y error es el modus operandi para este proceso a medida que sincroniza lentamente tu máquina con los materiales y velocidades óptimos.

Ejemplo de puente.

Tolerancia Negativa al Espacio

Otra espina para los diseñadores e ingenieros es el problema negativo de la tolerancia espacial. Esto realmente entra en juego cuando se intenta unir impresiones o partes 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 a través del diseño, pero la prueba y error con tu máquina específica normalmente te proporcionará un camino claro hacia adelante. Para obtener más información sobre este tema, estaremos desarrollando una materia mas adelante.

No todas las piezas encajan de la misma forma

Z-Wobble

El z-wobble es un problema completamente mecánico y es más probable que esté causado por componentes mecánicos fuera de tolerancia y / o una calibración incorrecta de la máquina. Es frecuente con las impresoras de tipo cartesiano, especialmente aquellas con tornillos de bola del eje Z. La rigidez en voladizo también se utiliza en los fenómenos de oscilación, ya que a menudo las impresoras cartesianas tienen mucho “juego” en el propio carro de la impresora. Para mitigar este problema, asegurate de que el extrusor y el carro de la impresora sean bastante rígidos y que el carro se desplace horizontalmente a lo largo del voladizo. En otras palabras, asegurate de que tu máquina esté nivelada y calibrada correctamente. Algunos componentes se desgastarán a lo largo del tiempo, por lo tanto, asegurate de que los tornillos / rótulas y rodamientos se mantengan, lubriquen y estén en buenas condiciones. Si ha habido algún desgaste, es posible que desees reemplazar los componentes. Si escuchás un chirrido o sonidos de fricción, revisá los procesos de nivelación de los componentes y la cama. Las impresoras Delta resuelven o al menos mitigan el problema del z-wobble.

Z-wobble prácticamente se elimina en una impresora Delta debido a un menor peso en la carcasa de la extrusora y en el uso de tres torres para suspender la extrusora. 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.

Ejemplo de Z-Wobble

Material de apoyo

Si estuviste imprimiendo en 3D durante varios años, conocerás y comprenderás los desafíos de agregar y utilizar material de soporte. Las soluciones de corte antiguas eran conocidas por la impresión de material de soporte que era casi imposible de eliminar, con algunos soportes que realmente se adherían y fundían a la pieza misma. Los controladores actuales proporcionan una solución de soporte que es mucho más fácil de eliminar y a menudo coloca “espacios de aire” entre la parte real y los materiales que forman los soportes. Para una configuración básica, utilizá la configuración de relleno del 10% de los patrones de línea a intervalos de 2,5 mm en la generación de soportes. Además, incluí una balsa con los soportes para asegurarse de que el material de soporte se adhiera a la cama de impresión. Un “espacio de aire” de .3 mm es el valor predeterminado, pero es posible que desees ajustar esta configuración según sea necesario. Sentite libre de aumentar la configuración de relleno y disminuir los intervalos si necesitás 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 que la impresión haya finalizado. Para aquellos con impresoras de doble extrusora, es posible que deseen utilizar filamentos de soporte como el HIPS y / o PVA en una de las dos extrusoras durante la impresión.  

En resumen, la calidad de tus piezas impresas en 3D depende tanto de la comprensión de las tolerancias y capacidades de tu máquina como en la nivelación de la cama de impresión, nivelación de componentes de la máquina, calibración de la máquina y el diseño y posicionamiento del modelo / pieza para impresión.

La impresión de Modelos de Prueba en tu máquina con diferentes materiales y configuraciones te garantizará conocer las capacidades de la máquina y dónde se pueden ajustar sus tolerancias. Esto, como todas las cosas buenas de la vida, llevará tiempo, así que dá un paso atrás y disfrutá del viaje. Sos un creador maestro y tus habilidades y capacidades producirán piezas únicas y productos para que todos disfruten.

Por SYS3D

Fuente: MatterHackers.

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