Entendendo a Precisão Dimensional de Peças Impressas em 3D

Quão precisa é a impressão 3D? A resposta depende de muitos fatores, como o tipo de tecnologia de impressão 3D, a qualidade do modelo de impressora 3D, o material de impressão 3D, a complexidade e praticidade do design e os parâmetros de impressão definidos pelo usuário.

Como as impressoras 3D dependem de uma miríade de peças móveis e materiais, o processo nunca produzirá peças 100% precisas. (Nem qualquer processo de manufatura.) No entanto, usuários de manufatura aditiva podem tomar medidas para melhorar a precisão do processo de impressão e, finalmente, fazer melhores peças impressas em 3D.

Este artigo analisará a precisão dimensional de peças impressas em 3D em geral, como a precisão difere entre tecnologias e como os usuários podem tornar suas peças mais precisas.

O que é precisão dimensional?

Muitas pessoas têm curiosidade sobre a precisão dimensional da impressão 3D, mas o termo "precisão" frequentemente se confunde com outros conceitos importantes como resolução, precisão (repeatability) e tolerância.

Em resumo, uma peça dimensionalmente precisa é aquela que corresponde ao tamanho e forma do design original. A precisão é, portanto, a medida da proximidade de uma peça impressa em relação à versão digital, e essa medida é geralmente expressa como uma porcentagem ou em milímetros, por exemplo, ± 1% ou ± 0,5 mm.

O termo precisão às vezes é usado indistintamente com tolerância, que é a quantidade permitida de desvio das dimensões verdadeiras e pretendidas da peça. Note, no entanto, que a tolerância também é um valor definido pelo usuário: um cliente especificará uma tolerância aceitável a um fabricante dependendo da importância de certas características e dimensões.

A precisão é diferente de resolução, que se refere, por exemplo, ao tamanho do pixel de uma impressora 3D SLA. Também é diferente de precisão (repeatability), que concerne a confiabilidade e repetibilidade de uma impressora 3D e sua capacidade de fabricar consistentemente o mesmo objeto.

A precisão de diferentes tecnologias de impressão 3D

Nem todas as tecnologias de impressão 3D são iguais em termos de quão precisamente podem imprimir peças com suas dimensões pretendidas. Embora outros fatores produzam variação adicional, o tipo de tecnologia de manufatura aditiva tem grande impacto na precisão de uma peça.

FDM (Modelagem por Deposição Fundida)

Modelagem por deposição fundida é uma tecnologia de impressão 3D por extrusão de polímero que é moderadamente precisa e mais comumente usada para prototipagem. Na forma desktop, é de longe a tecnologia de impressão 3D mais acessível, embora também seja usada em contextos profissionais e até industriais.

A precisão de uma impressora 3D FDM desktop é de cerca de ± 0,5 mm. A precisão de uma impressora FDM industrial é de cerca de ± 0,2 mm.

Resina (Fotopolimerização - SLA/DLP)

Tecnologias de impressão por fotopolimerização como SLA e DLP curam resinas fotossensíveis usando uma fonte de luz, como laser ou projetor. Essas tecnologias altamente precisas são usadas pessoal e profissionalmente, com algumas máquinas custando não muito mais que FDM.

A precisão de uma impressora 3D de resina desktop é de cerca de ± 0,1 mm. A precisão de uma impressora 3D de resina profissional é de cerca de ± 0,01 mm.

SLS (Sinterização Seletiva a Laser)

Sinterização seletiva a laser é uma tecnologia de impressão 3D que usa um laser para sinterizar partículas de pó, tipicamente nylon. Impressoras SLS são precisas, embora seu principal ponto de venda seja a capacidade de fabricar geometrias complexas, já que não precisam imprimir estruturas de suporte.

A precisão de uma impressora 3D SLS é de cerca de ± 0,3 mm.

Fusão de leito de pó (Metal - SLM/DMLS)

Processos de fusão de pó metálico como SLM usam um laser para derreter ou sinterizar partículas de pó metálico. A tecnologia é precisa, e não existe versão de nível consumidor. No entanto, a manufatura aditiva metálica tipicamente requer pós-processamento extensivo.

A precisão de uma impressora 3D de fusão de leito de pó é de cerca de ± 0,1 mm.

Jateamento de material (Material Jetting)

Embora menos comum que tecnologias comparáveis, o processo de impressão 3D de jateamento de material é altamente preciso, pois não requer aplicação de calor, que causa deformação como empenamento.

A precisão de uma impressora 3D de jateamento de material é de cerca de ± 0,05 mm.

Outros fatores que afetam a precisão dimensional

O tipo de tecnologia de impressão 3D não é o único fator que determina a precisão dimensional de uma impressão 3D. Materiais, design da peça e parâmetros de impressão também têm grande impacto em quão próxima a peça impressa corresponde ao design original.

1. Qualidade da impressora: Existe um grande abismo de qualidade entre máquinas de ponta e de nível básico. Por exemplo, impressoras 3D SLA são tipicamente mais precisas que impressoras FDM, mas uma máquina SLA de custo muito baixo produzirá peças menos precisas que uma impressora FDM de ponta.
2. Design da peça: Mesmo as melhores impressoras 3D terão dificuldade em imprimir com precisão uma peça mal projetada. Peças com características longas e finas — especialmente sem suporte adequado — são difíceis de imprimir, enquanto peças muito grandes também podem trazer problemas. Em geral, designs não devem conter características menores do que a impressora pode lidar.
3. Materiais: Alguns materiais são mais fáceis de imprimir que outros e, portanto, são mais propícios à fabricação de peças precisas. Materiais não padrão (como filamento FDM flexível, filamento de alta temperatura ou ligas contendo metais preciosos) tendem a sacrificar a imprimibilidade em favor de suas próprias vantagens únicas.
4. Parâmetros de impressão: Além da calibração — essencial para impressões precisas — os usuários podem mexer nas configurações da impressora 3D para alcançar vários resultados. Algumas configurações de parâmetros são melhores para imprimir rápido, enquanto outras são melhores para imprimir com precisão. Veja a próxima seção para mais informações.

Como melhorar a precisão da impressão 3D

Embora você não possa transformar uma impressora 3D barata em peças de qualidade industrial, os usuários podem alcançar melhor precisão de impressora 3D alterando certos parâmetros de impressão e tomando outras medidas importantes.

• Projete peças pensando na impressora; remova ou simplifique características difíceis.
• Exporte arquivos STL na maior resolução possível.
• Calibre a impressora 3D em intervalos regulares ou antes de trabalhos de impressão importantes.
• Use suportes para estabilizar objetos enquanto são impressos, e tenha cuidado ao remover suportes para não danificar a peça ou alterar suas dimensões finais.
• Use uma mesa de impressão aquecida (FDM) ou câmara aquecida (SLS/metal) para manter uma temperatura consistente na peça e reduzir deformação.
• Ajuste a tensão das correias da impressora, garantindo que estejam firmes, mas não excessivamente. As engrenagens de acionamento não devem patinar.
• Alinhe hastes e trilhos lineares, bem como lubrifique-os quando necessário. Hastes e trilhos curvados devem ser substituídos imediatamente.
• Diminua as velocidades de impressão ajustando configurações como taxa de fluxo. Embora uma redução excessiva possa causar outros problemas, impressão lenta pode ajudar a reduzir imprecisões.

Como empenamento e encolhimento afetam a precisão

A maioria das tecnologias de impressão 3D produz pequenas quantidades de deformação durante a impressão, mais comumente empenamento e encolhimento. Peças que mostram sinais de empenamento e encolhimento serão menos precisas que aquelas que não mostram, pois as deformações mudam ultimately a forma e dimensões finais da peça.

Na maioria dos casos, a extensão da deformação é insignificante. Para peças críticas, no entanto, é importante tentar mitigar esses efeitos indesejados.

Métodos para combater empenamento e encolhimento incluem usar software avançado de simulação de impressão, usar mesas de impressão aquecidas e bases (rafts) de impressão (FDM), usar materiais com ponto de fusão mais baixo (FDM), usar materiais mais rígidos (resina), deixar peças finalizadas na impressora por um tempo definido (SLS), ou simplesmente usar uma tecnologia como jateamento de material onde a deformação é improvável de ocorrer.

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