Projeto para impressão Parte 1:Tolerâncias e testes de unidade impressa em 3D

Bem-vindo à nossa nova série de blog, Designing for 3D Printing (DF3DP). DF3DP é uma série de blog dedicada a dicas e truques de impressão 3D a serem seguidos ao usar qualquer impressora 3D que irá guiá-lo através da redução de custos, tempo de impressão e material, ao mesmo tempo que mostra como obter suas peças da maneira que você deseja.


Todos nós já passamos por isso:você imprime uma peça que leva horas, apenas para descobrir que não exatamente caber da maneira que você deseja, desperdiçando assim um precioso tempo de impressão e material em uma peça ruim. A impressão 3D é um processo de fabricação manual, então, depois de enviar seu modelo CAD para a impressora, não há muito o que mudar. As peças podem levar horas ou até dias e, se você tiver um prazo a cumprir, reimprimir inteiramente a peça com as tolerâncias corrigidas às vezes não é um luxo que você possa pagar, seja do ponto de vista temporal ou monetário. Como as peças impressas em 3D feitas com impressão FFF (fabricação de filamento fundido) encolhem devido à contração térmica, as impressoras 3D geralmente não imprimem exatamente nas dimensões que você diz a elas, portanto, é necessário considerar a tolerância. Nesta postagem, vou orientá-lo sobre como garantir que as tolerâncias de impressão 3D estejam corretas antes imprimir a parte inteira apenas para descobrir que estão errados.


Este é o local onde os testes de unidade de peças impressas em 3D vem a calhar. Um teste de unidade é tradicionalmente um termo de software, essencialmente testando se pequenos trechos de código funcionam independentemente antes de incorporá-los ao script completo. Faremos a mesma coisa com a impressão 3D:imprimir pequenos segmentos rápidos do que mais tarde será integrado em um design maior para verificar ou testar sua funcionalidade e ajuste antes de imprimir uma peça enorme.


Por exemplo, a parte superior deste protótipo impresso em 3D de robô de combate antipeso que estou projetando desliza na base por meio de um conjunto de ranhuras inspiradas em cauda de pombo (uma está circulada abaixo). As duas partes combinadas levam 4 dias e 7 horas para imprimir, então quero fazer um teste de unidade impressa em 3D para garantir que as ranhuras estão do tamanho correto antes de imprimir tudo.

Criação de um bom teste de unidade para impressão 3D

Um teste de unidade bem projetado deve ser rápido e fácil de projetar e imprimir (normalmente, trabalho de impressão de meia a uma hora). Eu modelei uma única versão em miniatura dos pares de ranhuras e, em seguida, fiz cópias dela com diferentes distâncias de deslocamento de face, variando de nenhum deslocamento a um deslocamento de -0,2 mm em todas as faces da cauda de andorinha. Isso significa que cada perfil de ranhura macho era mais fino que o anterior.


Eu também adicionei a numeração para que eu pudesse me lembrar qual era a distância de deslocamento, conforme mostrado na captura de tela do CAD abaixo:

Testando o teste de unidade impressa em 3D

Uma coisa a lembrar é imprimir seu teste de unidade na orientação em que a parte final será impressa, para que você possa fazer o teste o mais preciso possível. A impressão levou apenas 1 hora e 15 minutos, muito melhor do que imprimir todo o chassi do robô e, em seguida, encontrar minhas ranhuras deslizantes não foram bem toleradas.


Para testá-lo, eu apenas deslizo a peça de perfil de ranhura fêmea em cada perfil macho, começando do maior deslocamento de face (-0,2 mm) e trabalhando até chegar a 0,0 mm de deslocamento.


O perfil de deslocamento de -0,2 mm estava muito solto - não quero que a parte superior do robô apenas deslize. Os perfis masculinos de -0,15 mm e -0,1 mm eram decentes, mas não tão confortáveis ​​quanto eu gostaria. O deslocamento de -0,05 mm acabou ficando perfeito - era confortável o suficiente para não ser removido facilmente e eu poderia deslizar para fora com um pouco de pressão. O perfil final, offset de 0,0 mm, ficou um pouco apertado para o meu gosto. Agora, posso inserir o valor de deslocamento de -0,05 em meu projeto final e tenho certeza de que ele deslizará da maneira que desejo. Existem mais alguns recursos que irão realmente travar a parte superior no lugar, mas as ranhuras que conectam as duas peças eram as tolerâncias que eu não tinha certeza.

Outros usos de testes de unidade

Os testes de unidade são realmente valiosos para qualquer tipo de tolerância, mesmo que você apenas queira ter uma boa noção de como sua impressora se comporta sob certas condições. Por exemplo, para ter uma ideia das tolerâncias de furo em uma determinada impressora 3D, você pode imprimir algo assim:


Você pode então medir os tamanhos dos furos e comparar o valor medido com o valor dimensionado em seu modelo CAD, dando-lhe uma boa noção da tolerância do furo que você precisará deixar em cada plano nas peças que imprimirá em 3D. Você pode então usar este teste como uma referência para futuros trabalhos de design e ele pode ajudar a projetar não apenas uma, mas muitas peças impressas em 3D.


Além disso, com a nossa impressora, você pode levar o processo de teste de unidade um passo adiante:digamos que você precise imprimir todo o chassi do robô, mas deseja ter certeza de que todos os componentes cabem dentro antes de se comprometer com o uso de fibra de carbono para fortalecer o quadro. Você pode fazer o que é chamado de protótipo de ajuste impresso em 3D para testar se todos os seus componentes cabem dentro das peças impressas em 3D (ou vice-versa) antes de introduzir fibra na impressão. Isso novamente reduz o desperdício de material e diminui os custos para que você possa testar a geometria e a forma finais das peças preenchidas com fibra antes de se comprometer com a impressão.

O verdadeiro valor dos testes de unidade:

Então, digamos que eu imprimi todo o chassi e a parte superior, e baguncei a tolerância do sulco. Então eu precisaria imprimir tudo isso duas vezes, ou teria que passar algumas horas hackeando um pequeno e estranho elemento geométrico, e ninguém realmente quer fazer isso. Lixar ou lixar peças impressas em 3D para fazê-las caber, especialmente quando envolvem pequenas geometrias, muitas vezes deixam cicatrizes, acabamento superficial ruim e podem quebrar acidentalmente o recurso ou expor a estrutura interna de uma peça impressa em 3D. É bastante óbvio que imprimir uma grande parte duas vezes não é tão bom quanto gastar um pouco mais de tempo de design e depois imprimir uma pequena parte e uma grande parte, mas aqui estão os números do meu robô, caso você não esteja convencido da impressão em 3D testes de unidade ainda:


Os testes de unidade são essenciais para grandes peças impressas em 3D, se você quiser que dêem certo na primeira tentativa. O pós-processamento é um processo que a maioria das pessoas espera lidar apenas com a impressão 3D, seja lixar superfícies, fazer furos ou lixar juntas mal dimensionadas. Em uma impressora que é tão confiável e precisa quanto a impressora 3D composta Mark Two, o pós-processamento não precisa ser uma etapa que você precisa seguir e, com os testes de unidade, você pode garantir que suas peças sairão da maneira que você deseja para.


Se você quiser verificar esses testes por si mesmo, pode baixá-los aqui.


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