Guia de design de impressão 3D

Como funciona a impressão 3D?

Cada impressora 3D constrói peças com base no mesmo princípio principal: um modelo digital é transformado em um objeto tridimensional físico adicionando material uma camada por vez. É daí que vem o termo alternativo Fabricação Aditiva.

A impressão 3D é uma maneira fundamentalmente diferente de produzir peças em comparação com o subtrativo tradicional (Usinagem CNC ) ou formativa (Moldagem por injeção ) tecnologias de fabricação.

Na impressão 3D, nenhuma ferramenta especial é necessária (por exemplo, uma ferramenta de corte com determinada geometria ou um molde). Em vez disso, a peça é fabricada diretamente na plataforma construída camada por camada, o que leva a um conjunto único de benefícios e limitações - mais sobre issoabaixo .

O processo sempre começa com um modelo 3D digital - a planta do objeto físico. Este modelo é fatiado pelo software da impressora em finas camadas bidimensionais e depois transformado em um conjunto de instruções em linguagem de máquina (código G) para a impressora executar.

A partir daqui, a maneira como uma impressora 3D funciona varia de acordo com o processo. Por exemplo, desktopImpressoras FDM derreta os filamentos de plástico e coloque-os na plataforma de impressão por meio de um bico (como uma pistola de cola de alta precisão controlada por computador). amplaSLS industrial as máquinas usam um laser para derreter (ou sinterizar) camadas finas de pó de metal ou plástico.

Os materiais disponíveis também variam de acordo com o processo.Plásticos são de longe os mais comuns, masmetais também pode ser impresso em 3D. As peças produzidas também podem ter uma ampla gama de propriedades físicas específicas, variando de objetos opticamente transparentes a borracha.

Dependendo do tamanho da peça e do tipo de impressora, uma impressão geralmente leva de 4 a 18 horas para ser concluída. Porém, as peças impressas em 3D raramente estão prontas para uso fora da máquina. Freqüentemente, eles requerem algum pós-processamento para atingir o nível desejado de acabamento superficial. Essas etapas levam mais tempo e esforço (geralmente manual).

Uma breve história da impressão 3D

•O autor de ficção científica,Arthur C. Clarke , foi o primeiro a descrever as funções básicas de uma impressora 3D em 1964.

•A primeira impressora 3D foi lançada em 1987 por Chuck Hull da 3D Systems e usava a \"estereolitografia \" (SLA ) processo.

•Nos anos 90 e 2000, outras tecnologias de impressão 3D foram lançadas, incluindoFDMpor Stratasys eSLS por 3D Systems. Essas impressoras eram caras e usadas principalmente para prototipagem industrial.

•Em 2009, oComitê ASTM F42 publicou um documento contendo a terminologia padrão de Fabricação de Aditivos. Isso estabeleceu a impressão 3D como uma tecnologia de manufatura industrial.

•No mesmo ano, as patentes do FDM expiraram e as primeiras impressoras 3D desktop de baixo custo nasceram pelaProjeto RepRap .O que antes custava $ 200.000, de repente ficou disponível por menos de $ 2.000.

•De acordo com Wohlers a adoção da impressão 3D continua crescendo: mais de 1 milhão de impressoras 3D de mesa foram vendidas globalmente entre 2015 e 2017 e as vendas de impressoras industriais de metal quase dobraram em 2017 em comparação com o ano anterior.

Impressão 3D: além do hype

Então, onde está a impressão 3D hoje? O hype acabou? Bem,talvez mas...

O hype dos anos anteriores foi baseado na ideia de adoção generalizada do consumidor. Essa foi (e ainda é) uma interpretação enganosa de onde a tecnologia realmente agrega valor.

A impressão 3D hoje encontrou funções muito específicas no mundo da manufatura. As expectativas exageradas dos anos anteriores deram lugar ao aumento da produtividade. Muitos aspectos da tecnologia agora são convencionais e adotados tanto por profissionais quanto por amadores.

Claro, a impressão 3D é uma tecnologia em evolução. Todos os anos, novas impressoras 3D são lançadas e podem ter um impacto significativo na indústria. Por exemplo, a HP lançou seu primeiro sistema de impressão 3D relativamente tarde (em 2016), mas provou ser um dosimpressoras 3D industriais mais populares já em 2017.

Benefícios e limitações da impressão 3D

É importante entender que a impressão 3D é umdesenvolvimento rápido tecnologia. Ele vem com seu conjunto exclusivo de vantagens, mas também fica atrás da fabricação tradicional em alguns aspectos.

Aqui, resumimos os benefícios e limitações mais importantes da impressão 3D, levando em consideração os prós e contras de todas as tecnologias de impressão 3D disponíveis atualmente. Use-os para entender onde a impressão 3D está hoje e para onde ela irá no futuro próximo.

•Complexidade geométrica sem custo extra

A impressão 3D permite a fácil fabricação de formas complexas, muitas das quais não podem ser produzidas por qualquer outro método de fabricação.

A natureza aditiva da tecnologia significa que a complexidade geométrica não tem um preço mais alto. Peças com geometria complexa ou orgânica otimizada para desempenho custam tanto para impressão 3D quanto peças mais simples projetadas para manufatura tradicional (e às vezes até mais baratas, pois menos material é usado).

•Custos iniciais muito baixos

Na manufatura formativa (penseMoldagem por injeção e Fundição de Metal) cada peça requer um molde exclusivo. Essas ferramentas personalizadas têm um preço alto (de milhares a centenas de milhares cada). Para recuperar esses custos, peças idênticas aos milhares são fabricadas.

Visto que a impressão 3D não precisa de nenhuma ferramenta especializada, basicamente não há custos iniciais. O custo de uma peça impressa em 3D depende apenas da quantidade de material utilizado, do tempo que a máquina levou para imprimi-la e do pós-processamento - se houver - necessário para atingir o acabamento desejado.

•Personalização de cada parte

Você já se perguntou por que compramos nossas roupas em tamanhos padronizados? Pelas razões que acabamos de mencionar, com a manufatura tradicional, é simplesmente mais barato fazer e vender produtos idênticos ao consumidor.

A impressão 3D permite uma fácil personalização. Como os custos iniciais são tão baixos, basta alterar o modelo 3D digital para criar uma peça personalizada. O resultado? Cada item pode ser personalizado para atender às necessidades específicas de um usuário, sem afetar os custos de fabricação.

•Prototipagem de baixo custo com resposta muito rápida

Um dos principais usos da impressão 3D hoje é a prototipagem - tanto para forma quanto para função. Isso é feito a uma fração do custo de outros processos e a velocidades, com as quais nenhuma outra tecnologia de fabricação pode competir:

As peças impressas em uma impressora 3D de mesa geralmente ficam prontas durante a noite e os pedidos feitos a um serviço profissional com grandes máquinas industriais ficam prontos para entrega em 2 a 5 dias.

A velocidade da prototipagem acelera muito o ciclo de design (projetar, testar, melhorar, redesenhar). Produtos que exigiriam mais de 8 meses para serem desenvolvidos, agora podem estar prontos em apenas 8 a 10 semanas.

•Grande variedade de materiais (especiais)

O mais comumMateriais de impressão 3D usados ​​hoje são plásticos. A impressão 3D Metal também encontra um número crescente de aplicações industriais.

A paleta de impressão 3D também inclui materiais especiais compropriedades adaptado para aplicações específicas. As peças impressas em 3D hoje podem ter alta resistência ao calor, alta resistência ou rigidez e até mesmo ser biocompatíveis.

Os compostos também são comuns na impressão 3D. Os materiais podem ser preenchidos com partículas de metal, cerâmica, madeira ou carbono, oureforçado com fibras de carbono . Isso resulta em peças com propriedades exclusivas adequadas para aplicações específicas.

Limitações da impressão 3D

•Baixa resistência e propriedades de material anisotrópico

Geralmente, as peças impressas em 3D têm propriedades físicas que não são tão boas quanto as do material a granel: como são construídas camada por camada, são mais fracas e quebradiças em uma direção em aproximadamente 10% a 50%.

Por causa disso, as peças impressas em plástico 3D são mais frequentemente usadas para aplicações funcionais não críticass.DMLS e SLM embora possa produzir peças metálicas impressas em 3D com excelentes propriedades mecânicas (geralmente melhores do que o material a granel).Por isso, encontraram aplicações nas indústrias mais exigentes, como a aeroespacial.

•Menos competitivo em termos de custos em volumes maiores

A impressão 3D não pode competir com os processos de fabricação tradicionais quando se trata de grandes tiragens. A falta de uma ferramenta ou molde personalizado significa que os custos iniciais são baixos, portanto, protótipos e um pequeno número de peças idênticas (até dez) podem ser fabricados economicamente. No entanto, também significa que o preço unitário diminui apenas ligeiramente em quantidades maiores, portanto, as economias de escala não podem entrar em ação.

Na maioria dos casos, esse ponto de inflexão gira em torno de 100 unidades, dependendo do material, do processo de impressão 3D e do design da peça. Depois disso, outras tecnologias, como usinagem CNC e moldagem por injeção, são mais econômicas.

•Precisão e tolerâncias limitadas

A precisão das peças impressas em 3D depende do processo e da calibração da máquina. Normalmente, as peças impressas em uma impressora 3D FDM de mesa têm a menor precisão e serão impressas com tolerâncias de ± 0,5 mm. Isso significa que se você projetar um furo com diâmetro de 10 mm, seu diâmetro real após a impressão será algo entre 9,5 mm e 10,5 mm.

Outros processos de impressão 3D oferecem maior precisão. Impressoras de jato de material industrial e SLA, por exemplo, são capazes de produzir peças de até ± 0,01 mm. É importante ter em mente, porém, que esses resultados só podem ser obtidos após a otimização de recursos específicos em uma peça bem projetada.

As peças impressas em 3D de metal para aplicações críticas geralmente são finalizadas por meio de usinagem CNC ou outro processo após a impressão, para melhorar suas tolerâncias e acabamento superficial.

•Pós-processamento e remoção de suporte

As peças impressas raramente estão prontas para uso fora da impressora. Eles geralmente exigem um ou maisetapas de pós-processamento .

Por exemplo, a remoção do suporte é necessária na maioria dos processos de impressão 3D. Impressoras 3D não podem adicionar material no ar, entãoapoia são estruturas que são impressas com a peça para adicionar material sob uma saliência ou para ancorar a peça impressa na plataforma de construção.

Quando removidos, geralmente deixam marcas ou manchas na superfície da peça com a qual entraram em contato. Essas áreas precisam de operações adicionais (lixamento, alisamento, pintura) para obter um acabamento superficial de alta qualidade.

Como selecionar o processo de impressão 3D certo

Selecionar o processo de impressão 3D ideal para um aplicativo específico pode ser difícil. Freqüentemente, há mais de um processo adequado e cada um deles oferece benefícios diferentes, como maior precisão dimensional, propriedades superiores do material ou melhor acabamento superficial.

Por esse motivo, preparamos ferramentas de tomada de decisão e diretrizes gerais para ajudá-lo a selecionar o processo de impressão 3D certo.

Geralmente, há três coisas principais que você sempre precisa considerar:

•As propriedades necessárias do material: força, dureza, resistência ao impacto, etc.

•Os requisitos de design funcional e visual: superfície lisa, força, resistência ao calor etc.

•Os recursos do processo de impressão 3D: precisão, volume de impressão disponível, altura da camada etc.

Se você ainda não tem certeza sobre o seu processo de peça, entre em contato conoscoenquiry@best-prototypes.com para nossa avaliação e recomendação.