As Peças Impressas em 3D São Realmente Resistentes?

As impressoras 3D criam objetos de forma aditiva, tornando a peça tão forte quanto a sua camada mais fraca. Geralmente são mais fracas que a maioria das outras tecnologias, como fresagem, injeção de molde ou técnicas de vazamento de resina.

Existem muitas aplicações nas quais temos de ter em conta a resistência estrutural. Devido à forma como a tecnologia de Modelagem por Deposição Fundida (FDM) funciona, as peças que obtemos não são tão fortes quanto as suas contrapartes de injeção de molde.

No entanto, não desespere, há várias considerações que podemos incorporar nos nossos designs e configurações para mitigar esta desvantagem.

Podemos reduzir estas fraquezas definindo a temperatura de extrusão correta, definindo uma percentagem de preenchimento (infill) mais alta, construindo paredes mais grossas, escolhendo o material certo e orientando corretamente a peça na base de impressão.

Por que as peças impressas em 3D são mais fracas?

A técnica aditiva pela qual uma impressora 3D cria objetos tem uma tendência inerente a produzir peças mais fracas quando comparadas a outros processos de fabrico, porque deposita uma camada de plástico sobre a outra que se ligam entre si.

Se não tirarmos tempo para configurar corretamente as definições da nossa impressão, estamos voluntariamente a expor-nos a criar peças com fraca adesão entre camadas.

Temperaturas baixas, temperaturas altamente diferentes entre cada camada e a anterior e outros fatores, podem levar a uma adesão muito fraca e peças globalmente fracas.

Fabrico subtrativo, como fresagem, por exemplo, não tem este problema, pois começam com um material bruto sólido que é esculpido na forma 3D desejada.

Também podemos criar um objeto via injeção de molde. Usando esta técnica, um material fundido é injetado num molde onde arrefece e endurece, tomando a forma da cavidade. Este processo produz peças sólidas e fortes.

Agora que sabe sobre a fraqueza inerente de uma impressora 3D, pode sentir a vontade de deitar o seu novo eletrodoméstico recém-adquirido para o lixo. Antes de fazer isso, recomendo vivamente ler o resto do artigo e aprender algumas formas fáceis de tornar as suas peças mais fortes.

Devemos também considerar que a maioria das nossas peças não vai ser usada para construir o novo foguetão da SpaceX. Podemos dar-nos ao luxo de imprimir um Baby Yoda um pouco mais fraco.

Como podemos melhorar a resistência de uma peça impressa em 3D?

Como mencionado antes, há muitas pequenas alterações de configuração que podemos usar para tornar a nossa peça mais forte em geral. Entre elas, as mais importantes são percentagem de preenchimento (infill), temperatura de extrusão, espessura da parede exterior, escolha do tipo de filamento correto e orientar corretamente o nosso design.

Vamos discutir brevemente cada uma delas e ver como e por que afetam a nossa impressão!

Percentagem de Preenchimento (Infill)

O preenchimento consiste num padrão regular que é impresso dentro do objeto e substitui o que de outra forma seria um espaço vazio. Funciona como suporte interno para a impressão, não só impedindo que o topo colapse, mas também mantendo a casca exterior unida.

Antes de nos aventurarmos neste tópico comovente, veja como diferentes percentagens de preenchimento se parecem:

Como regra geral, um preenchimento de 50% aumentará muito a qualidade e resistência da sua impressão. Percentagens de preenchimento mais altas apenas mostram aumentos marginais de resistência, mas aumentam muito o consumo de filamento e tempo de impressão.

Também deve saber que podemos configurar o nosso preenchimento para seguir diferentes padrões, como retilíneo, grade, triangular, wiggle*, favo de mel rápido, favo de mel completo e outros experimentais. Os prós e contras de cada padrão estão fora do âmbito deste artigo, mas ficará bem servido usando preenchimentos retilíneos ou em grade.

*Até hoje, ainda não consigo pensar numa vantagem do padrão wiggle. Acho que uma vez existiu um programador com tempo livre e gosto por formas subótimas.

Espessura da Parede

A espessura da parede é a largura da casca mais externa da nossa impressão e determina maioritariamente a resistência global da mesma.

Muitos fabricantes de filamento afirmam que é suficiente imprimir com cascas exteriores de 0.8mm para ter uma impressão forte, mas descobri que paredes tão finas geralmente produzem impressões fracas. Para obter um Baby Yoda resistente, recomendo vivamente duplicar a largura para 1.6mm. A melhoria na qualidade global será muito notória.

Independentemente da espessura da parede que escolher usar, deve sempre optar por um múltiplo do diâmetro do seu bico. Mencionei 0.8mm e 1.6mm porque a maioria das impressoras vem com bico de 0.4mm. Um PhD agudo e afiado em Matemática estará ciente do incrível cálculo que realizei acima!

Definir a Temperatura Certa

Embora a maioria dos filamentos usados em impressão 3D sejam algum tipo de termoplástico, têm uma composição química diferente. Portanto, cada um tem temperaturas ótimas diferentes.

Como regra geral, PLA deve ser definido entre 180°C a 220°C, ABS entre 210°C e 250°C, PETG entre 220°C e 250°C e Nylon entre 240°C a 260°C.

Se comprou outro filamento, olhe para a embalagem e provavelmente encontrará a temperatura recomendada segundo o fabricante. Na verdade, esqueça os intervalos que lhe disse e olhe sempre para o intervalo recomendado pelo fabricante, por precaução.

Deve sempre procurar encontrar a temperatura perfeita para a sua impressora 3D e filamento, pois isso determinará a qualidade da adesão entre camadas.

Temperaturas de extrusão baixas levam a má adesão entre camadas. Pode ser tentado a ir pelo outro lado e aquecer o filamento o máximo possível, mas isso vai meter-lo em todo o tipo de novos problemas que pode googlar! Alerta de spoiler: impressões confusas, overhangs fracos e qualidade global baixa.

Mas em geral, se procura melhorar a resistência da sua impressão, definir a temperatura ligeiramente mais alta fará com que a nova camada de plástico extrudido se ligue muito melhor com a anterior.

Orientação da Peça

É sempre importante ter em mente que as peças impressas em 3D vão ser mais fortes no plano paralelo à base de impressão e mais fracas no plano vertical. Ao posicionar o seu design no slicer, pergunte-se sempre em que direções será contactada e que forças lhe serão aplicadas.

Se não tem a certeza da resposta, considere o caso de um cilindro oco aborrecido e provavelmente inútil*.

Se o imprimir na orientação vertical, o objeto será uma sequência de círculos em camadas um sobre o outro. Se o agarrar em cada extremidade e tentar dobrá-lo, será bastante fácil partir o cilindro.

*Provavelmente deveria mencionar que ao longo da história, os cilindros provaram claramente ser úteis. Isto está claramente fora do âmbito do artigo de hoje, por isso deixo a prova ao leitor.

Pode ser tentado a pensar que é incrivelmente forte, e talvez seja, mas também deve estar ciente do facto de ter impresso um cilindro muito fraco.

Se ainda tem filamento de sobra e escolher imprimi-lo numa orientação horizontal, notará que a peça é mais difícil de partir por causa de como as linhas de filamento são extrudidas.

A desvantagem desta posição é que pode ter de adicionar suportes à impressão por causa dos ângulos que esta orientação criou.

Por que é que tudo tem de ser um compromisso na impressão 3D? Não há almoços grátis neste hobby!

Usar filamento mais forte

Embora este pareça óbvio, utilizar um tipo diferente de filamento pode fazer maravilhas em termos de resistência global.

No entanto, nem todas as impressoras são capazes de imprimir com todos os filamentos que existem, mas definitivamente há algumas alternativas que pode usar mesmo em impressoras acessíveis, como a Ender 3.

Policarbonato e Nylon são considerados os filamentos mais fortes atualmente disponíveis, e se a sua impressora consegue lidar com esses e precisa de uma impressão extremamente forte, então imprima o seu objeto com esses.

Se está a imprimir com PLA, experimente PETG, pois é fácil de trabalhar e também é um pouco mais flexível, bem como muito mais resistente ao calor.

Como tornar peças impressas em 3D mais fortes

Aqui está um resumo rápido de como imprimir o seu modelo de forma a que a sua resistência seja aumentada:

1. Escolha um padrão de preenchimento forte (geralmente favo de mel).
2. Aumente a percentagem de preenchimento (passar de 50% começará a dar retornos decrescentes significativos).
3. Aumente a espessura da parede ou casca exterior.
4. Aumente a temperatura de impressão em incrementos de 5°C até encontrar a melhor.
5. Mude a orientação da impressão para que as linhas de camada sejam paralelas às forças que serão exercidas sobre ela.

Conclusão

Como pode ver, há muitas coisas que podemos fazer para melhorar a resistência global dos nossos objetos e superar uma fraqueza inerente da tecnologia que escolhemos.

Se o futuro do mundo depende de conseguir imprimir um Benchy forte mas não tem tempo para ler o artigo completo, faça apenas o seguinte.

Boas impressões!

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