Na impressão 3D, a criação de uma peça forte geralmente compromete outros fatores, como consumo de material e tempo de impressão. Uma boa maneira de encontrar o equilíbrio é usar padrões de preenchimento.
Se a força é a característica mais importante para o seu projeto, então um padrão de favo de mel é provavelmente sua melhor aposta para fornecer força omnidirecional. Existem algumas outras opções e fatores dignos de nota a serem considerados, especialmente se você deseja otimizar seu processo de impressão 3D. Como você pode personalizar um padrão de preenchimento para obter o máximo do seu projeto impresso em 3D?
O que é um padrão de preenchimento na impressão 3D?
Se você já viu um produto impresso em 3D, há uma boa chance de que ele tenha uma característica muito bem escondida – a maior parte é oca por dentro! Através do uso de padrões de preenchimento, as peças impressas em 3D podem ser projetadas com um grau de porosidade altamente controlado. Isso torna a impressão 3D um método de fabricação muito mais econômico, reduzindo a quantidade de material que entra no produto. Também reduz o peso da peça acabada e o tempo que leva para o processo de impressão real.
No entanto, uma parte impressa em 3D aparentemente sólida também não está completamente vazia por dentro. Dentro das paredes externas da peça (ou Concha) é uma estrutura interna que confere à peça algum grau de resistência mecânica. A aparência física dessa estrutura interna é conhecida como “padrão de preenchimento”. O padrão também pode ser ajustado com diferentes valores de densidade.
Quais são os padrões de preenchimento mais fortes?
A tecnologia de impressão 3D amadureceu muito nos últimos anos, permitindo opções para personalizar uma impressão de acordo com a resistência, flexibilidade, peso e tempo de impressão. A ampla gama de padrões de preenchimento contribuiu muito para esse grau de personalização.
Se você deseja que a força seja o foco principal de sua parte impressa em 3D, aqui estão algumas das melhores opções para padrões de preenchimento:
1. Honeycomb
Com o padrão da estrutura de favo de mel natural, esse preenchimento oferece a melhor relação resistência / peso. Enquanto outros padrões de preenchimento rivalizam ou superam o padrão de favo de mel em termos de força absoluta, um preenchimento de favo de mel é preferido por muitos por causa de quão pouco material ele consome. Por esse motivo, muitas peças usadas em aeronaves e viagens espaciais usam estruturas internas em forma de colmeia.
Um bom benefício de um padrão de preenchimento em favo de mel é que sua resistência é igual em qualquer direção. Isso é ideal se você não pode se dar ao luxo de ter uma peça com um ponto fraco proeminente.
No entanto, o padrão em favo de mel não é o melhor em termos de tempo de impressão, apesar da quantidade relativamente baixa de material necessária. As impressoras FDM, em particular, podem levar muito tempo para imprimir um preenchimento de favo de mel devido ao quanto a cabeça de impressão precisa se mover para uma única camada. As impressoras SLA e SLS são menos afetadas por essa limitação.
2. Retilíneo
O padrão retilíneo é uma das opções de preenchimento mais simples. Também conhecido como padrão “linear”, um preenchimento retilíneo consiste apenas em linhas paralelas em direções que se alternam com cada camada. De cima, um padrão retilíneo é semelhante a uma grade com espaçamento fino.
O maior benefício do padrão retilíneo é que ele acelera enormemente o processo de impressão 3D. Por depender apenas de linhas retas, um preenchimento retilíneo requer um deslocamento mínimo da direção do movimento pela cabeça de impressão. Embora mais rápido, o padrão retilíneo usa mais material do que o favo de mel.
O padrão retilíneo é mais forte na direção vertical, por causa das pilhas regulares de linhas paralelas. No entanto, é muito fraco na direção horizontal, especialmente contra forças que não se alinham perfeitamente com suas linhas paralelas.
Pode-se argumentar que a força do padrão retilíneo é unidimensional. É ótimo para suportar uma carga na direção vertical, mas não para qualquer outra aplicação.
3. Gyroid
Um padrão de preenchimento de giroide é uma das opções mais complexas visualmente e é um padrão indiscutivelmente possível apenas com a impressão 3D. Usando uma série de superfícies curvas orientadas em diferentes eixos, um preenchimento giroide fornece resiliência e resistência ao cisalhamento em todas as direções, preservando a flexibilidade da peça.
A relação força-peso do padrão de giroide também é recomendável, produzindo padrões leves comparáveis aos impressos com uma estrutura em favo de mel. Em termos de tempo de impressão, a dependência do giroide em linhas contínuas dá a ele uma leve vantagem sobre o favo de mel, mas ainda o classifica abaixo de retilíneo.
Muito parecido com uma estrutura em favo de mel, um padrão de giroide fornece suporte igualmente em todas as direções. Olhando para ele com base apenas nesta característica, o padrão de giroide pode ir ombro a ombro com o favo de mel como o padrão de preenchimento de impressão 3D mais forte.
O maior problema com o padrão giroide está em sua complexidade. Cortar um modelo com um preenchimento de giroide pode levar muito tempo e criar arquivos grandes. Algumas impressoras 3D podem nem mesmo ser capazes de imprimir um padrão de giroide devido à complexidade dos comandos G-Code que o modelo exige.
Outros fatores a serem considerados ao criar peças impressas em 3D fortes
Criar uma peça impressa em 3D com alta resistência não envolve apenas a escolha do padrão de preenchimento. Para realmente maximizar a resistência de sua impressão, aqui estão alguns outros fatores que você pode considerar:
Densidade de enchimento
A densidade do preenchimento anda de mãos dadas com o padrão do preenchimento. Uma densidade mais alta significa apenas que os padrões de repetição do preenchimento serão espaçados mais próximos. Naturalmente, isso acarreta um maior uso de material e um tempo de impressão mais longo.
A densidade de enchimento pode variar de 0% a 100%. A regra geral é que quanto mais alto o preenchimento, mais forte é a peça acabada. No entanto, os benefícios de resistência adicionais tornam-se marginais em torno da marca de 50%. Sugerimos brincar com os valores próximos a essa faixa (40% a 60%) para descobrir o que funciona melhor para você.
Espessura da casca
Quase igualmente importante para a resistência de uma peça impressa em 3D é a espessura de sua casca ou camada externa. Ao contrário do preenchimento, aumentar a resistência de uma casca é uma questão simples – você simplesmente precisa adicionar camadas a ela. De acordo com os especialistas, uma camada de revestimento adicional equivale a um aumento de cerca de 15% na densidade do preenchimento.
Assim como com o preenchimento, fazer uma casca mais espessa fortalece uma peça, mas tem o custo de uso de material adicional e tempos de impressão mais longos. O valor padrão para a espessura da casca é de cerca de 2 milímetros. Pode ser necessário ajustar este valor para torná-lo um múltiplo do diâmetro do bico. Aumentar a espessura da casca em uma ou duas camadas melhorará enormemente a resistência da sua peça impressa em 3D.
Se você planeja lixar uma peça impressa em 3D durante o pós-processamento, adicionar espessura de casca extra é provavelmente uma boa ideia. Todo o processo de lixamento irá inevitavelmente remover uma grande parte do material da casca, tornando-a significativamente mais fina.
Orientação de impressão
Qualquer forma de manufatura aditiva ou impressão 3D depende do conceito de construção de um objeto tridimensional, camada por camada. Não importa a tecnologia que você usa, os limites dessas camadas são um ponto fraco natural de qualquer peça impressa em 3D.
Se você sabe exatamente como sua peça será usada, pode planejar onde colocar esse ponto fraco natural. Os limites da camada são particularmente fracos para dois tipos de forças – uma força de tração perpendicular às linhas da camada e uma força de cisalhamento paralela às linhas da camada.
Ao alterar a orientação do seu modelo no software fatiador, você pode efetivamente ‘ocultar’ seus pontos fracos das forças que a peça impressa em 3D irá suportar. O conhecimento de como os diferentes padrões de preenchimento se comportam também pode ser útil nessa estratégia.
Qualidade de filamento ou resina
Quando você coloca lixo, também retira lixo de qualquer processo. Essa é uma boa regra a se ter em mente ao imprimir em 3D. Se você deseja que seu projeto saia com resistência de nível profissional, certifique-se de comprar um filamento ou resina de boa qualidade.
Diferentes materiais de impressão 3D também reagem de maneiras diferentes às condições externas. A radiação UV, o excesso de calor e a exposição a solventes ou ácidos podem acelerar a deterioração de uma peça impressa em 3D. Não importa como você reforce um objeto com os melhores padrões de preenchimento, o próprio material pode falhar quando usado em condições inadequadas.
Pensamentos finais
Brincar com os padrões de preenchimento é uma das coisas mais divertidas da impressão 3D. Ver o quão rígido ou flexível um objeto se torna com diferentes padrões de preenchimento é uma grande demonstração de como a física e a ciência dos materiais funcionam.
Um bom padrão de preenchimento também é um dos principais componentes para criar uma peça impressa em 3D robusta. Nem todos os padrões de preenchimento são iguais. Nem todos podem ser descritos como resistentes, pois alguns priorizam rapidez ou conservação de materiais. Escolher o padrão de preenchimento correto é apenas uma questão de usar a ferramenta certa para o trabalho – uma habilidade essencial na impressão 3D como em outros campos e indústrias.
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Artigo escrito por: Joseph Flynt
