Por Que Impressoras 3D São Lentas — e Como Acelerá-las

Imprimir um modelo detalhado em uma impressora 3D pode levar muito tempo: dependendo da sua própria impressora e dos requisitos do seu modelo, uma única impressão pode levar mais de 24 horas. Então, por que está demorando tanto? O que está impedindo esta tecnologia de fazer modelos em minutos? E o que você pode fazer para acelerar suas impressões?

Neste artigo, abordarei estas questões em detalhes na esperança de que sejam úteis para seus futuros empreendimentos.

Impressoras 3D funcionam montando camada sobre camada de material e, portanto, têm limitações físicas sobre quão rápido estas camadas podem ser depositadas no produto atual. Impressoras baseadas em filamento precisam depositar seu material milímetro a milímetro com mecanismos mecânicos, o que tende a torná-las notavelmente mais lentas que algumas impressoras baseadas em resina para impressões maiores, pois impressoras baseadas em resina dependem de luz e algumas podem imprimir uma camada inteira de uma vez.

Existem mais fatores a considerar ao contrastar estas tecnologias. No entanto, existem algumas coisas que você pode fazer para acelerar o processo.

Impressoras FDM vs Resina

Enquanto outros métodos de construção podem levar minutos para fazer uma peça, o método camada por camada que as impressoras 3D usam as torna inerentemente mais lentas devido às limitações físicas inerentes à tecnologia, tanto para Modelagem por Deposição Fundida (FDM) quanto para impressoras baseadas em Resina.

Impressoras FDM (modelagem por deposição fundida) dependem de material termoplástico que é aquecido, extrudado e depositado no modelo atual através de um bocal, movido com precisão através de um conjunto de peças motorizadas.

Impressoras baseadas em resina usam luz UV para curar uma piscina de material fotopolímero e criar objetos sólidos. Existem também diferentes tecnologias para impressoras de resina: Estereolitografia usa um único laser que cobre uma pequena área desenhando a camada análogo às impressoras FDM, enquanto processamento digital de luz (DLP) e display de cristal líquido (LCD) usam projetores e telas LCD retroiluminadas para fornecer a fonte de luz UV.

Explicar em detalhes todas as diferenças com estas técnicas e quando e onde é melhor usar uma em vez da outra merece seu próprio artigo, mas para nosso tópico atual, o resumo é este:

Impressoras FDM precisam mover peças mecânicas pesadas (motores, bicos, engrenagens da extrusora, etc.) com precisão incrível. Para mover e parar o mecanismo, requer muita energia, mas mesmo que algumas peças pudessem ir mais rápido (como os motores), geralmente resulta em vibrações pesadas que comprometeriam os resultados. Além disso, dependendo do material do filamento que você está usando, pode requerer mais tempo para derreter, depositar e solidificar.

Por outro lado, impressoras SLA são mais rápidas que suas contrapartes FDM porque o laser se move mais rapidamente que os motores de passo. Impressoras LCD e DLP são ainda mais rápidas, imprimindo camadas inteiras de uma vez. Isso se torna cada vez mais perceptível em peças maiores ou mais finamente definidas porque cada camada leva aproximadamente a mesma quantidade de tempo.

Também vale mencionar que após o modelo terminar, a resina residual precisa ser limpa manualmente da superfície da peça final, levando a tempo e esforço adicionais.

Além dos aspectos mecânicos das próprias impressoras, o software também desempenha seu papel quando se trata da velocidade de suas impressões. As configurações do programa fatiador podem significar a diferença entre uma impressão de 1 hora e uma de 3 horas, e isso é algo em que você pode trabalhar para acelerar o processo para a impressora 3D desktop média, estando ciente das trocas que você faz pelo seu tempo.

Como Aumentar a Velocidade de uma Impressora 3D

Muito pode ser feito para aumentar a velocidade a partir do software e vamos cobrir as principais configurações para isso. O resto do artigo assumirá que estamos lidando com uma impressora FDM (a menos que declarado o contrário), já que elas são de longe as mais populares.

Velocidade de Impressão (Print Speed)

Em modelos FDM, a velocidade de impressão define a velocidade (em mm/s) na qual a extrusora se move. Esta configuração pode ser modificada em todos os fatiadores, e é um dos principais parâmetros que levam a tempos de impressão menores. No entanto, existem limitações mecânicas em cada impressora, o que significa que você não pode aumentar sua velocidade de impressão indefinidamente sem sacrificar a qualidade geral da peça resultante. Existem outras limitações, como a taxa na qual sua extrusora pode derreter o plástico. A maioria das impressoras trabalha em torno de 50 mm/s por padrão, mas dependendo das especificidades, podem chegar a 750 mm/s ou até mais. Também vale mencionar que impressoras podem trabalhar em velocidades diferentes dependendo de qual parte do modelo a impressora está imprimindo no momento.

Como referência, estas são algumas coisas a ter em mente relacionadas à velocidade de impressão:

1. Aumentar a velocidade da parede externa pode comprometer a qualidade da superfície, significando que só é recomendado quando a aparência geral do modelo é de pouca importância.
2. Aumentar a velocidade nas paredes internas e velocidade do infill pode afetar a resistência e durabilidade da peça; se isso for de pouca preocupação, acelerar este parâmetro é uma possibilidade.
3. A velocidade topo/base é a velocidade na qual as camadas superior e inferior são impressas; comprometer estas camadas pode ser problemático, então velocidades mais lentas são recomendadas para aumentar a confiabilidade do fechamento destas camadas.
4. A velocidade do infill de suporte determina a velocidade na qual os suportes são impressos. Como estruturas de suporte geralmente não precisam de alta qualidade, valores mais altos podem ser uma boa ideia para acelerar o processo.
5. E a velocidade da interface de suporte é a velocidade na qual tetos e fundos de suporte são impressos. Como estas camadas podem afetar a qualidade da superfície em contato com elas, recomenda-se usar parâmetros conservadores.

Velocidade de Deslocamento (Travel Speed)

A velocidade de deslocamento afeta quão rápido a cabeça se move quando não está extrudando filamento. Aumentá-la pode economizar muito tempo, mas pode resultar em problemas como deslocamento de camadas (layer shifting), que pode arruinar a impressão inteira. A melhor maneira de encontrar a velocidade de deslocamento ideal para sua máquina é encontrar as informações do fabricante e, mais importante, como praticamente toda configuração desta lista, brincar com as configurações para algumas impressões de teste, aumentando-a lentamente até encontrar a velocidade certa que não comprometa seus projetos. Correias frouxas tendem a ser a principal razão para deslocamento de camadas, então certifique-se de apertá-las regularmente.

Velocidade de Retração (Retraction Speed)

Em máquinas FDM, isso afeta quão rápido a impressora puxa o filamento antes de começar a se mover novamente. Se deixada muito lenta, resultará em stringing, mas se definida muito rápida, pode causar moagem de filamento, que causa danos à sua extrusora e perda de filamento, além de outros problemas, então rodar algumas impressões de teste é aconselhável.

Reduzindo o Infill

O infill é o que está dentro das paredes internas do modelo impresso. Fatiadores usam diferentes padrões para preencher o volume dos modelos 3D e diferentes padrões levam a diferentes propriedades de tração. Reduzir a porcentagem de infill leva a impressões mais rápidas, menos consumo de filamento e peças menos resistentes.

Este parâmetro pode variar de 0% (o que implica que não há nada entre as paredes do modelo) a 100% (as paredes estão completamente preenchidas com material). Vale mencionar que o benefício marginal de aumentar esta configuração acima de 30% quase nunca vale o tempo extra.

Para impressoras LCD ou DLP que imprimem camadas inteiras a cada iteração, o infill não impacta realmente o tempo que leva para fazer a peça, mas para impressoras FDM e SLA este valor é um dos principais impulsionadores dos tempos de impressão e consumo de filamento.

Reduza o Número de Paredes/Shells

As paredes (shells) são o número de camadas que compõem o contorno da impressão. Aumentá-las tornará a parede externa mais grossa e sua impressão 3D mais forte. Se você também planeja lixar a impressão para deixá-la mais bonita, é sempre uma boa ideia adicionar algumas paredes extras.

Aumente a Altura da Camada

A altura da camada define quão pequena cada camada é no eixo Y e é o principal determinante da precisão de detalhe do modelo e aparência geral. No entanto, é um dos principais impulsionadores do tempo que leva para imprimir qualquer coisa. Se o acabamento de uma peça for de pouca importância ou se for grande o suficiente, escolher uma altura de camada maior é um truque útil para reduzir o tempo de impressão.

Uma impressão de alta qualidade pode ter valores de 0,1 mm ou até menores. No entanto, tem uma relação inversa 1-1 com tempos de impressão: reduzir a altura da camada pela metade dobrará o tempo de impressão.

Minimize o Uso de Suportes

Em FDM, cada camada deve ser depositada sobre algo, seja a superfície da mesa de impressão ou outra camada de filamento. Se o modelo tem seções nas quais algumas camadas começariam a imprimir no ar rarefeito, todo o processo falharia.

Suportes podem levar muito tempo para fazer e às vezes são inevitáveis, mas você pode se surpreender com o quanto pode conseguir com alguns truques: rotacionar e ajustar o modelo para permitir que seja impresso sem necessidade de suporte, ou apenas reduzir a quantidade de suporte necessária pode reduzir significativamente o tempo. Como regra prática, tente rotacionar o modelo para minimizar a superfície com ângulos de mais de 45 graus.

Camadas Adaptativas

Em resumo, camadas adaptativas permitem imprimir com alturas de camada variáveis, permitindo que seu fatiador diminua automaticamente sempre que detalhes mais finos são necessários ou aumente sempre que a forma de uma seção permitir. Imprimir com esta configuração permite acelerar o processo sem sacrificar muito a qualidade; no entanto, tem suas limitações: se você precisa de uma peça com altos detalhes por toda parte ou se tenta imprimir dois objetos diferentes ao mesmo tempo, camadas adaptativas podem ser prejudiciais à impressão como um todo. Você pode ler mais sobre camadas adaptativas aqui.

Velocidade das Impressoras 3D Hoje

No mercado de impressão 3D atual, a grande maioria das imprime a uma velocidade de cerca de 40-50 mm/s, e modelos mais refinados podem chegar a 120-150 mm/s; no entanto, já existem modelos que podem atingir velocidades mais altas: algumas impressoras Voron chegaram a 1000 mm/s! (mas ainda é bruto, para dizer o mínimo). O mercado de impressoras 3D está em constante evolução em taxas muito altas e podemos esperar avanços futuros em tecnologia que permitirão impressões mais rápidas e confiáveis.

Conclusão

Há muito a considerar ao calcular os tempos de impressão de nossas peças. Não apenas a tecnologia de impressão e a máquina em si são importantes, mas também a configuração que escolhemos em nosso fatiador preferido. Estas dependem não apenas da forma e volume de um modelo, mas também dos detalhes estéticos desejados e dos requisitos físicos que precisamos.

A taxa na qual impressoras de entusiastas melhoram é impressionante e pode até chegar um dia em que não precisaremos saber nada sobre a configuração adequada de uma impressão. Enquanto isso, precisamos continuar brincando com as configurações para ganhar um minuto extra sem comprometer a qualidade de uma impressão. Para alguns de nós, este é um dos aspectos mais divertidos e interessantes desta profissão!

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