MMF # 5:Um guia para incorporar componentes em peças impressas em 3D

Markforged Mechanical Features [MMF] é uma série de postagens de blog que detalham as práticas recomendadas para projetar peças de engenharia tradicionais comuns e recursos mecânicos para impressão 3D reforçada composta com impressoras Markforged.


Na semana passada, exploramos a sobreimpressão de porcas como um método para conexões fortes em peças impressas em 3D de força industrial. Nesta postagem, daremos um passo adiante:usando a impressão sobreposta para projetar peças multimateriais quando diferentes materiais são necessários em diferentes componentes de uma peça. Como uma breve visão geral, o processo de impressão sobreposta é bastante simples. Você inicia uma impressão, faz uma pausa no meio do caminho, incorpora componentes ao trabalho de impressão 3D e, em seguida, retoma a impressão, permitindo a impressão 3D sobre os componentes incorporados.


Isso poderia ser usado para desenvolver um produto mais integrado, com componentes eletrônicos embutidos em peças impressas em 3D, poderia ser usado quando dois materiais são necessários no mesmo componente para as propriedades de material desejadas, ou, no caso que irei explicando abaixo, pode ser usado para prototipar peças a serem feitas com processos de manufatura mais caros antes de se comprometer com grandes quantidades de lote. Para esta postagem, projetei um alicate impresso em 3D com mandíbulas personalizáveis ​​e uma empunhadura ergonômica.


Para este par de alicates, eu queria um corpo rígido, mas com pegadas confortáveis. O Onyx é um pouco áspero para empunhaduras, mas bastante rígido (especialmente com reforço de fibra), então usei Onyx e fibra de vidro para imprimir em 3D o corpo do alicate e as mandíbulas do alicate e uma empunhadura impressa em 3D de náilon resistente e confortável.


Projetar para impressão sobreposta basicamente ramificações do projeto para montagem:como você pode tornar a montagem de componentes fácil e rápida? Como você está incorporando componentes no meio da impressão, a impressora precisa de uma superfície plana para imprimir e o cabeçote de impressão não deve cruzar com a peça que está sendo incorporada, projetar para impressão sobreposta se resume a projetar uma boa cavidade. Então, aqui está um guia sobre modelagem e impressão 3D de peças com componentes incorporados.

Projetando o Vazio:

Ao projetar para impressão sobreposta, como mencionei antes, você estará incorporando peças em um vazio. Ao iniciar o projeto da peça, você deve pensar em qual face a peça será impressa desde o início, pois você precisará saber disso para incorporar corretamente uma peça. Para esta parte, desejo embutir o corpo principal de um lado do alicate nas alças. Todas essas peças foram impressas em 3D, mas apenas as alças precisam ser para este caso. Se você estiver imprimindo sobre uma peça, pode precisar que ela caiba inteiramente na peça impressa ou, como no caso deste conjunto de alicates, você pode querer apenas colocar uma seção da peça, nesse caso, você precisará de nervuras ou algum outro tipo de recurso para manter a peça restrita, conforme mostrado abaixo.


Para criar o vazio, você precisará de um bom modelo CAD da parte que vai imprimir em 3D e da parte que vai incorporar, então criar o vazio é tão simples quanto criar uma operação booleana:subtraia a parte que vai incorporar do 3D parte impressa. Se a peça que você está incorporando tem bordas superiores arredondadas ou chanfradas, esses recursos precisarão ser removidos da peça que você está imprimindo em 3D - um teto plano é necessário.


No CAD, você também precisará verificar se há recursos na peça incorporada que cruzarão a placa de impressão ou o cabeçote da extrusora. Se uma seção da peça que você está incorporando extrusar acima da cavidade, há uma chance de que a placa de impressão a atinja. Para compensar isso, você deve tentar garantir que a peça que está embutindo tenha uma superfície superior plana ou que a extrusão esteja longe o suficiente para que não haja chance do cabeçote da extrusora bater nela, levando em consideração todos os movimentos de a cabeça da extrusora, incluindo zeragem e verificação de deslocamento. Na impressora 3D composta Mark Two, o bico de plástico está a cerca de 35 mm da frente da cabeça de impressão, então qualquer coisa que se apresentar em sua parte incorporada mais perto do que isso pode ser atingida pela cabeça de impressão. Nesses casos, você deve orientar sua parte. que a parte incorporada está projetando-se para a frente da impressora. Se ele se projeta para fora da lateral ou traseira, o cabeçote de impressão tem uma chance maior de bater nele devido à maneira como o cabeçote de impressão zera e executa verificações de deslocamento. Por exemplo, no alicate que projetei, as mandíbulas são levantadas mais alto do que a parte plana em que as alças serão impressas. As mandíbulas foram espaçadas para limpar a cabeça da extrusora, em pouco mais de 35 mm.


Uma etapa realmente importante a lembrar ao projetar sua peça impressa em 3D é considerar a tolerância. Depois de realizar a operação booleana, você precisará deslocar cada face em cerca de 0,08 mm em cada face para garantir que obterá um nivelamento de superfície com a camada em que esta parte será pausada. Isso também se aplica às paredes da cavidade - se você não conseguir encaixar sua peça dentro da cavidade porque a cavidade é um pouco pequena demais, você não poderá consertá-la a menos que imprima uma nova! Melhor prevenir do que remediar e projetar a cavidade um pouco maior.


Se sua superfície superior tiver uma geometria estranha, você precisará projetar uma inserção secundária para adicionar à cavidade para garantir um encaixe seguro que se forme na superfície superior da peça incorporada. Esse processo é explicado na última metade de minha postagem no blog sobre nozes incorporadas da semana passada, e exatamente o mesmo processo pode ser implementado para outros componentes. Se você preferir não fazer isso, uma maneira de contornar isso envolve inclinar o teto da cavidade acima da peça inserida, mas isso significa que o componente, dependendo de sua geometria, pode estar solto dentro da peça impressa em 3D.


Normalmente, ao projetar para impressão sobreposta, tento evitar o uso de material de suporte. No entanto, em alguns casos é necessário para o projeto, e isso não é um problema:o material de suporte pode ser facilmente removido da cavidade antes de ser colocado no componente embutido.

Adicionando pausas no Eiger:

No menu de visualização interna do Eiger, você pode adicionar facilmente uma pausa após uma camada selecionada, facilitando a incorporação de partes em seus componentes impressos em 3D. Encontre a camada um pouco antes de o telhado da cavidade começar a imprimir e clique em “Pausar após a camada”. Nessa camada, você pode observar o tempo que levará para chegar à pausa e usar isso para determinar quando verificar sua impressão trabalho.


Lembre-se, se suas peças não requerem material de suporte, é uma boa ideia desligar os suportes. Se o fizerem, no entanto, tudo bem! Você poderá removê-los, como explicarei mais tarde.


Ao orientar sua peça na placa de impressão, lembre-se da acessibilidade da peça. Você vai querer ser capaz de colocar a peça rapidamente e retomar a impressão, orientando sua peça para que possa acessá-la facilmente. Para esta parte, coloquei-o totalmente para cima pela frente para que pudesse encaixar facilmente no corpo do alicate.

Adicionando a peça:

Quando chega a hora de adicionar a peça à impressão, o tempo e a velocidade são essenciais. Como as impressoras Markforged são máquinas FFF (Fused Filament Fabrication), o plástico é aquecido, extrudado e resfriado. Quando esfria, encolhe ligeiramente, o que, se a impressão for pausada por muito tempo, pode causar uma adesão de camada muito mais fraca naquele plano. Ao colocar uma peça em um trabalho de impressão, você deseja fazê-lo o mais rápido possível para reduzir esse risco. Usando o Eiger, você pode estimar quando sua impressora fará uma pausa, para que possa chegar a tempo e estar preparado para quando sua impressora fizer uma pausa. Conforme expliquei anteriormente, o material de suporte pode ser necessário devido a outros recursos em seu design. Por exemplo, esta alça requer suportes porque tem uma superfície inferior complexa. No meu caso, o vazio que projetei será preenchido com suportes, mas não é um problema - se isso acontecer, você pode simplesmente retirá-los antes de inserir a peça.


Agora é hora de colocar a peça na impressão. É por isso que as tolerâncias são tão importantes. Você precisa se certificar de que o componente incorporado está perfeitamente alinhado ou ligeiramente abaixo da camada em que a impressão foi pausada. Se estiver ligeiramente levantado, o cabeçote de impressão ficará preso no componente embutido e bagunçará toda a impressão, ou o filamento ficará preso ao tentar imprimir sobre o componente.


Quando uma impressão é pausada na impressora 3D Markforged, o cabeçote de impressão sai do caminho, permitindo que você remova facilmente a placa de impressão da impressora e adicione sua peça. A placa de impressão cinematicamente acoplada garante que a base de impressão se encaixe de volta no lugar quando você quiser continuar.


Se você estiver adicionando um componente que não seja uma peça impressa em 3D Markforged, será necessário adicionar uma camada de cola na superfície superior da peça. Esta cola é normalmente colocada na placa de impressão no início de uma impressão para ajudar na adesão da placa de impressão e, neste contexto, estamos usando exatamente pelos mesmos motivos - o náilon adere melhor à superfície superior da peça.


E depois de imprimir dois desses e encaixar um pequeno pino na junta, agora tenho um par de alicates impressos em 3D com mandíbulas personalizáveis ​​e trocáveis ​​e alças ergonômicas!


Se você quiser fazer isso sozinho, aqui estão os arquivos:


Alicate e pino MFP (requer Onyx e fibra de vidro)


Punhos MFP (requer Nylon)


MFP JAW personalizado (requer Nylon)


Alicate STL


Pin STL


Grip STL


Mandíbula personalizada STL

Outros aplicativos:

As aplicações de sobreimpressão variam muito, porque permite criar montagens totalmente integradas que não poderiam ter sido criadas de outra forma. Embora este exemplo represente a incorporação de uma seção de um componente para criar uma alça ergonômica, você também pode incorporar componentes inteiros e as mesmas regras se aplicam. Por exemplo, você pode querer fazer o protótipo de uma peça que eventualmente será sobremoldada ou pode querer criar uma peça com componentes eletrônicos incorporados para um sistema eletromecânico integrado. Você pode incorporar porcas ou rolamentos ocultos em uma peça impressa em 3D ou criar uma construção multimaterial com uma única impressora 3D extrusora de plástico. Se você já experimentou a impressão sobreposta e a incorporação de componentes em peças impressas em 3D, compartilhe conosco no Twitter, Instagram ou Facebook!