Una de las preguntas más comunes que nos hacen aquí en B3DP.com es: ¿Cuál es la mejor orientación de impresora 3D para mi modelo?
La mejor orientación de impresión 3D para su modelo depende de varios factores diferentes, como se indica a continuación:
La impresión 3D de modelado por deposición fundida tiene algunas debilidades inherentes debido al enfoque inherente de capa sobre capa de construcción o impresión de modelos 3D. El material plástico en sí es relativamente fuerte en realidad, pero la debilidad se debe a la falta de fuerza de la unión o adhesión entre las capas de plástico. Debido a esta característica en la impresión 3D, los modelos 3D tienden a ser más débiles en el eje Z (eje vertical hacia arriba y hacia abajo).
- Debilidades inherentes a la impresión 3D: cómo evitarlas
- Definición de ejes en impresión 3D
- Fortaleza de su modelo y orientación con ejemplos
- Estructuras de soporte, ángulos negativos y puentes
- Calidad de la superficie y cómo conseguir el mejor detalle
- ¿Qué significa recocer sus plásticos y ayuda?
Como siempre, hay muchos factores que afectan esto, pero afortunadamente hay algunos consejos, técnicas y trucos que pueden ayudarlo a evitar o al menos minimizar estos problemas y ayudar a maximizar la fuerza, la vida útil o incluso el aspecto de sus modelos. Profundicemos en esto con un poco más de detalle.
¿Cuáles son las debilidades inherentes a la impresión 3D y cómo evitarlas?
Como dijimos anteriormente, la impresión FDM (también conocida a veces como impresión FFF) es el proceso en el que un polímero o plástico se calienta por encima de su punto de fusión, lo que hace que pase a un estado semilíquido. Luego, el extremo caliente o la boquilla colocan este plástico semilíquido en una forma de capa definida por el software de corte.
Cuando se completa toda la capa, el extremo caliente o la boquilla se mueve hacia arriba una cantidad definida (altura de la capa de impresión) y luego el proceso se repite.
El problema de la debilidad inherente se produce en la impresión 3D, especialmente en la impresión FDM, porque la resistencia o adhesión capa a capa es menor que la resistencia del polímero.
Como resultado, los modelos 3D tienden a ser más débiles con fuerzas de corte (fuerzas laterales) en el eje Z (eje vertical), donde el modelo puede romperse a lo largo de las líneas de capa.
La mejor analogía que hemos encontrado para describir esto es la impresión 3D en el eje Z como la veta de la madera. A lo largo de la veta, la madera es muy fuerte, ¡pero a lo largo de la veta se puede partir fácilmente!
Entonces, ¿cómo se definen los ejes en la impresión 3D?
Este es un tema que también genera cierta confusión en la impresión 3D. La confusión a veces es causada por el hecho de que la educación académica tradicionalmente enseña que en dos dimensiones el eje X (de izquierda a derecha) y el eje Y hacia arriba y hacia abajo de la página es la orientación normal.
En impresión 3D, esto se define de manera diferente según nuestro diagrama:
Como puede ver al mirar el frente del modelo, su eje X todavía está de izquierda a derecha horizontalmente, el eje Y está de adelante hacia atrás horizontalmente y el eje Z está arriba y abajo verticalmente.
¿Vale la pena reconocer cómo está configurado su software de modelado y si es igual a la definición 3D aceptada o la definición académica? Algunos paquetes de software, como AutoCad Fusion 360, le permiten definir el eje Z como el eje vertical en las opciones específicamente por este motivo.
Fuerza de su modelo y orientación
Entonces, ahora que tenemos una comprensión clara de las definiciones de los ejes y dónde se encuentran las debilidades inherentes que se encuentran en su modelo de impresión 3D, ¿qué podemos hacer para minimizar esta debilidad?
Lo primero que podemos hacer es ver cómo se utilizará el modelo en su aplicación específica.
Algunas cosas a considerar: ¿es la fuerza lo más importante? Si no es así y tal vez la calidad de la superficie es una prioridad más alta, entonces deberíamos ver lo siguiente.
Calidad de la superficie y cómo obtener el mejor detalle
Por ejemplo, si está imprimiendo una figura modelo, el nivel más alto de detalle es normalmente la altura de la capa (eje Z), por lo general hasta 0,1 mm o 100 micras para una impresora FDM. Mientras que la definición X/Y más pequeña se define por el ancho de la boquilla, normalmente el más pequeño es de 0,4 mm o 400 micras.
Lo que esto significa es que si necesita el mayor nivel de detalle, las superficies de detalle deberían ser en realidad el eje Z.
Fortaleza del modelo: veamos un ejemplo:
Veamos un ejemplo particular, aquí hay un modelo simple de un gancho, que podría usarse como un gancho para ropa, por ejemplo:
Posición 1 Orientación
Entonces, ¿cuál es la mejor manera de imprimir esto? Desde el punto de vista de la precisión, por ejemplo, para los agujeros, una forma inicial de imprimir podría ser la siguiente: con la impresión en el lado ‘posterior’.
Sin embargo, hay varios problemas con este modelo si se imprime en esta orientación.
Cuando se imprime en esta orientación, es probable que cualquier peso colocado en el gancho en ángulo recto se desprenda del gancho como en las líneas de capas o el viaje del grano de abajo a la izquierda hacia arriba a la derecha paralelo a la cama.
El segundo problema con esto es que las caras frontales (en líneas rojas en este diagrama) solo se imprimirán a una resolución de 400 micras o 0,4 mm, por lo que ambas áreas rojas desde una perspectiva detallada se verán de mala calidad.
El lado positivo de esto es que los agujeros en esta orientación se imprimirían perfectamente redondos.
Posición 2 Orientación
Con la impresión sobre su ‘fondo’ nuevamente, hay problemas con la fuerza de esta orientación. Nuevamente habrá un punto de corte de la siguiente manera:
Cualquier peso aplicado a la parte inferior de este gancho hará que se rompa. Es posible que los orificios del soporte vertical no sean perfectamente redondos en esta orientación: la parte superior de los orificios puede caer ligeramente.
Lo bueno de esta estructura es que la mayoría de los lados tendrán una impresión detallada de muy alta calidad, excepto el área roja en la imagen de arriba.
Posición 3 Orientación
La tercera posición de orientación es con el perchero colocado de lado. Con esta posición, cualquier lugar de peso en el gancho no tendrá un punto débil de capa a capa ya que la línea de corte en este caso está en el plano vertical.
Esta es una de las posiciones de orientación más sólidas para este modelo en particular y su función.
El lado negativo de esta orientación es doble:
Esta es, con mucho, la orientación de este modelo que tiene la mayor fuerza.
Estructuras de soporte: cómo evitarlas cuando sea posible
En este ejemplo del modelo de perchero simple es fácil posicionar el modelo para evitar el uso de material de apoyo. Cualquiera de las orientaciones anteriores 1, 2 o 3 no necesita material de apoyo.
Sin embargo, hay situaciones en las que es posible que necesite imprimir una impresión fuerte y la orientación significa que tiene que usar material de apoyo.
Para no tener que utilizar material de apoyo, la idea es orientar el modelo de forma que no queden voladizos ni ángulos negativos. Los ángulos negativos no son posibles en un diseño 3D y, de hecho, la norma aceptada es que cualquier ángulo de menos de 60 grados desde la vertical necesitará soporte.
Esto se hará más evidente a medida que crezca su experiencia en el modelado y la orientación de modelos 3D y, en muchos casos, podrá diseñarlos potencialmente a partir de su modelo.
¿Qué significa recocer sus plásticos y ayuda?
El área final que queríamos mencionar con orientación y también la fuerza de sus modelos es el proceso de recocido de sus plásticos. El recocido se aplica más a menudo a la metalurgia, pero se puede aplicar a los polímeros:
Recocido por definición significa:
Tratamiento térmico que altera las propiedades de un material.
El recocido es un tratamiento térmico que altera las propiedades físicas y, a veces, químicas de un material para aumentar su ductilidad y reducir su dureza, haciéndolo más trabajable. Se trata de calentar un material por encima de su temperatura de recristalización, mantener una temperatura adecuada durante un período de tiempo adecuado y luego enfriar.
Wikipedia
Calentar cuidadosamente el plástico por encima de su punto de fusión y luego dejar que se enfríe gradualmente, en un ambiente controlado y durante un largo período de tiempo, provoca un cambio cristalino en el material y también aumenta drásticamente la resistencia capa a capa del material.
CNC Kitchen llevó a cabo una gran prueba sobre el recocido de plásticos con su video de investigación de Youtube que puede encontrar aquí
Este es un video extremadamente útil para referirse también. La conclusión es que recocer su plástico puede aumentar la resistencia de su capa más de 3 veces, así que absolutamente sí, puede ayudar mucho.
Desafortunadamente, el recocido tiene algunas desventajas, una de ellas es que el recocido puede causar la contracción en su modelo final. Cuando se comprende esta cantidad de contracción del mundo real, es posible compensar esto aproximadamente. La segunda es que debe tener mucho cuidado al aplicar sobretemperatura a los plásticos y enfriarlos de manera controlada.
Si no lo hace, puede provocar deformaciones u otros problemas de distorsión en sus modelos.
Para ir finalizando:
El modelado 3D no es un proceso absolutamente perfecto: existen debilidades inherentes al proceso en torno a la resistencia capa a capa de sus modelos. Esta publicación de blog muestra que esto se puede minimizar con una orientación o un diseño cuidadosos del modelo. Se puede fortalecer aún más mediante el procesamiento posterior, como el recocido.
Esperamos que haya encontrado útil esta publicación de blog. Como siempre, lo alentamos a que deje sus comentarios a continuación.
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