GUÍA RÁPIDA DE DISEÑO PARA IMPRESIÓN 3D. Remite Jerson Herrera Yui.
Agosto 2017.
Para empezar, la impresora 3D que tenemos hace su proceso de manufactura mediante un proceso llamado Fused Deposition Modeling, como se ve en la Figura de abajo, donde se aprecia el rollo de filamento a la izquierda y a la derecha el extrusor que calienta el termoplástico hasta cierta temperatura (215 °C para PLA) y va depositando el material capa por capa hasta terminar con el diseño hecho en solidworks o inventor.
Tenemos 2 impresoras en el laboratorio:
-La impresora Makerbot 5ta generación, imprime en material PLA y tiene variaciones como el rollo de filamento de color estándar, filamento transparente, filamento que brilla en la oscuridad, filamento de madera, filamento de cobre, aluminio, bronce, fibra de carbono (Estos contienen 40% del material metálico para que pueda ser derretido con el extrusor) y la resistencia del material cambia además de la densidad, recordar que el peso de la pieza se halla con el volumen multiplicado por la densidad del material y la gravedad (V x D x 9.8) y eso afecta a la carga que tengas en caso quieras utilizarlo en un mecanismo. Sus rollos son de 900 gramos, en el software antes de imprimir te dirá cuanto tiempo demorará y cuantos gramos utilizará.
Se debe importar desde el software al formato .STL y entre sus opciones poner la máxima cantidad de polígonos para mejor resolución, he tenido problemas cuando importan desde el inventor hacia el STL porque se redimensiona y sale o muy chiquito o muy grande las piezas por lo que es muy importante que al entregar la pieza en .slt se entregue junto al plano con al menos las dimensiones de largo ancho y alto para poder reescalarlo a las medidas deseadas y no salgan mal. Con solidworks no he tenido problemas hasta el momento de preferencia utilizar este software.
La boquilla del extrusor es de 0.4 mm de diámetro por lo cual para que las piezas no salgan muy débiles y de rompan como galleta es recomendable al menos 1 milimetro de diámetro o si no se desmoronará, por lo que si desean reescalarlo deben tener en cuenta el resultado final.
Ejemplo, los alumnos diseñan la pata de una silla y en su diseño dijeron que el diámetro de su pata tiene 4 centímetros y 70 centímetros de largo entonces para que entre en el plato de trabajo que es aprox de 20 cm ancho, 20 cm fondo y 15 cm de alto (En la impresora Makerbot, pero la otra impresora XYZ Davinci es aún más chiquita), y si además queremos que pueda imprimir más de una pieza en el mismo plato de trabajo, tendríamos que redimensionar todo a su 10% quedando 0.4 mm de diámetro y 7 centímetros de largo, por lo que al tener ese diámetro tan diminuto todo se desmoronaría.
COSAS A TENER EN CUENTA EN EL DISEÑO:
Las grietas en las piezas aparecen sobre todo cuando la pieza es grande. La mesa caliente provee de calor a la pieza pero en el caso de las piezas grandes la temperatura no llega a las capas altas. Es aquí cuando surgen las grietas al despegarse una capa de otra.
Este problema tiene pocas soluciones prácticas. Siempre se recomienda,en caso de tener que imprimir piezas grandes, utilizar otros materiales como el o PLA. Si no es posible cambiar de material, tendremos que jugar con la temperatura de la cama, intentaremos subir la temperatura todo lo posible hasta llegar al límite en el que no podamos elevarlo más por aparecer problemas de bases curvadas.
Esto tiende a suceder en las impresoras de ABS (La impresora XYZ Davinci)
ya que estas trabajan con algo llamado Plato caliente y eso ayuda al derretimiento del material.
Voladizos(Overhang)
Las impresoras 3D de deposición no pueden depositar material en el aire. Esta limitación genera piezas con aspectos indeseados y marañas de hilos. Afortunadamente podemos solucionar este problema mediante cambios en el diseño como por diversas opciones que nos ofrecen los softwares de impresión.
Cada capa se imprime sobre la anterior, sirviendo esta de apoyo para la siguiente. Hay ocasiones en los que debido a la forma del objeto a imprimir no tenemos material debajo y el material queda colgando formando una U en vez de quedar como una línea recta. Se imprimen parcialmente en el aire y tienden a hundirse ligeramente hacia abajo. A veces estos problemas se acumulan haciendo que cada capa quede peor que la anterior. Tratar con voladizos es complicado, hay muchas variables que afectan a lo bien o mal que vayamos a imprimir: Temperatura, velocidad de impresión, ángulo y longitud del voladizo, el material, la refrigeración...
impresión de las paredes está en 45º. Podemos imprimir inclinaciones de pared desde 90º hasta 45º. Se puede llegar a imprimir correctamente ángulos más pequeños pero hace falta habilidad y acertar con las variables adecuadas para cada material. A esta condición se le llama la regla de los 45º.
Cuando no haya posibilidades de reorientar la pieza podemos utilizar la opción de soporte. La opción de soporte genera una estructura en forma de andamiaje debajo del voladizo, de esta manera cuando haya que crear el voladizo tendrá una superficie donde apoyarse. Una vez acabada la impresión se retira el soporte quitando el material con las manos o con unos alicates.
En la imagen siguiente vemos como queda si no imprimimos con soportes
Las piezas largas como la de la imagen de abajo, prefiero imprimirlas paradas para evitar que terminen como tallarines, pero si la paro existe la posibilidad que por su diseño no entre y en ese entonces tendría que solicitar al alumno dividir la pieza en 2 y luego pegarlas para unir todo.
Para ello si ustedes quieren imprimir supongamos una mesa con un logo en la cara de arriba, deben tener en cuenta que no se podrá imprimir una mesa parada ya que tendrámos el problema del voladizo por lo que tendría que voltear la mesa y comenzar la impresión por la cara donde está su detalle y como ahí estará pegado a los support o raft (base) esos detalles saldrán rugosos y no se notará nada. Es importante poner los detalles por la cara donde no se imprimirá.
TIEMPO DE IMPRESIÓN
integradores he tenido piezas que demoran mucho (El record hasta ahora es de 33 horas) por lo que se debe tener en cuenta esto para saber cuánto tiempo aproximadamente demorará en imprimir los trabajos de alumnos, tener en cuenta que hay muchos grupos y
todos deben esperar su turno según la
cola de trabajo.
Si tienen 5 salones y en cada salón hay al menos 4 grupos eso serían 20 trabajos de impresión, por lo que algunas piezas para que salgan bien recomiendo imprimirlas solas pero si el tiempo urge también puedo imprimir varias al mismo tiempo, pero teniendo en consideración el tamaño de la pieza, entonces si son 20 trabajos se debería estimar 1 día por impresión teniendo 20 días y tomando en cuenta que la impresora está disponible de lunes a sábado serían en total 3 semanas del mes, sabiendo que hay 14 semanas de clases las impresiones deberían comenzar al menos en la semana 10… en caso existan alumnos que olvidaron su trabajo, no tuvieron tiempo, etc.
Se puede reducir el tiempo de trabajo de las siguientes maneras:
-Achicando la pieza.
-Haciendo la pieza más débil con menos relleno (Infill) o menos capas (Shell)
-Imprimiendo varias piezas al mismo tiempo, teniendo en consideración si las piezas irán paradas o echadas (Eso también afectaría que tan bien salgan dichas piezas)
-Aumentando la resolución del paso de impresión (Tendrás menor detalle pero piezas rápidas).
Recordar que hay muchos grupos que desean utilizar la impresora 3D, por lo que a partir de una cierta semana de clases la cola está llena.
Tolerancias
Recordemos que al imprimir existe una expansión y contracción del material que causa una variación de las partes, por lo que siempre habrá una diferencia entre el modelo CAD y el modelo REAL, como se ve en la imagen de abajo.
Podemos ver que se diseño un agujero con 4 mm de diámetro pero obtuvimos algo de 3.73 mm y un ancho de 16mm pero se obtuvo algo de 16.19 mm.
Por lo que nos centraremos en el agujero el cual siempre debe ser más grande, entonces usaremos las siguientes fórmulas:
y = 1.0155x + 0.2795, cuando tu pieza tiene agujeros orientados Verticalmente.
y = 0.9927x + 0.3602, cuando tu pieza tiene agujeros orientados Horizontalmente.
Siendo X el agujero que quieres obtener en CAD y Y la medida que debes diseñar para que el agujero pueda acoplarse bien con el eje que entrará.
Por ejemplo en el caso de arriba tendríamos que haber puesto en el software un agujero de 4.34 mm de diámetro para obtener buenos resultados.
-La primera es que los alumnos diseñen en el software el corte por revolución para obtener los hilos interno o externos, poniendo el ancho de paso correcto y sus especificaciones, NO DEBEN USAR LA ROSCA COSMÉTICA DEL SOFTWARE YA QUE ESO ES COSMÉTICO Y NO SE IMPRIME.
DISEÑO DE PIEZAS SNAP-FIT (Diseño un poco más
avanzado)
Para estas piezas les dejo un tutorial en internet (En inglés, casi todas las guías con información importante está en inglés) en el cual explican brevemente consideraciones para imprimir piezas de sujeción en plástico como lapiceros, cajas, tapas, etc.
https://www.3dhubs.com/knowledge-base/how-design-snap-fit-joints-3d-printing
Este otro link es para diseñar el enclosure lo cual vendrían a ser cajas para productos
https://www.3dhubs.com/knowledge-base/enclosure-design-3d-printing-step-step-guide?action
Lamentablemente no he tenido experiencia imprimiendo ese tipo de diseños por lo que no podría darle recomendaciones aparte de las que vi en esos 2 tutoriales.