Dominando Suportes na Impressão 3D: Guia Completo para Qualidade e Eficiência

Se você possui uma impressora 3D e a usou pelo menos uma vez na vida, praticamente não há possibilidade de você não saber da existência de suportes. Embora sejam um recurso comum na impressão 3D, eles são parametrizados de forma subótima na maioria das vezes. Este artigo mostrará como melhorar a qualidade dos suportes, mas também reduzir a necessidade de adicioná-los em primeiro lugar.

Para alcançar melhores resultados na impressão 3D, suportes devem ser adicionados nos casos onde o ângulo de overhang (saliente) é maior que 45° ou quando a distância de ponte (bridging) entre duas estruturas excede 50 mm. Deve-se notar que estes valores são conservadores para garantir uma impressão bem-sucedida, mas melhorias marginais podem ser alcançadas baixando a temperatura de extrusão para seu mínimo viável, melhorando o resfriamento de camada e reduzindo a velocidade de movimento. Ao fazer isso, ângulos de 60°-65° e pontes de até 150 mm podem ser alcançados.

O que são suportes e quando precisamos deles?

Quando imprimimos usando uma impressora 3D, devemos conhecer em detalhes o processo que a máquina segue para dar forma ao objeto. Como o objeto é feito de plástico derretido que é sobreposto camada por camada, a seguinte pergunta deve sempre ser feita:

E se o extrusor depositar o filamento neste ponto específico, mas não houver material embaixo?

Como a impressora 3D apenas se limita a seguir as ordens que o arquivo G-code manda, não há como ela corrigir uma situação como esta. Se os parâmetros não estiverem corretos, a máquina continuará imprimindo no ar, causando (na maioria das vezes) que a impressão seja arruinada e percamos tempo e material.

Para resolver esse problema, os suportes são usados. Eles são uma estrutura vertical que suporta a peça principal, para evitar que o filamento seja extrudado no ar. Estes suportes são colocados automaticamente pelo software de fatiamento usando diferentes parâmetros que você pode modificar a seu gosto. Alternativamente, você pode escolher manualmente a localização para cada um deles.

As áreas de um objeto que precisam de suportes podem ser overhangs (saliências) ou bridges (pontes). Elas têm configurações específicas para escolher e modificar para obter o melhor acabamento.

Quando precisamos de suportes?

Quando você começa a aprender sobre impressão 3D, deve sempre definir os parâmetros mais conservadores. Dessa forma, você garante que pode imprimir o objeto sem grandes inconvenientes. Então, à medida que se torna mais habilidoso e experiente, você poderá reduzir a quantidade ou densidade de suportes usados.

Devemos lembrar que cada impressora é diferente, e o que funciona para algumas pode não funcionar para outras. Geralmente, os limites impostos para overhangs são medidos por ângulos (graus) e em distância (milímetros) para bridges.

O que são overhangs e bridges?

Um overhang ocorre em pontos onde o ângulo de inclinação de uma parte específica é muito grande. Em conjunto com velocidade de impressão, temperatura do filamento e altura de camada, os parâmetros de impressão podem literalmente criar um "penhasco" que faz o filamento derretido cair.

Por outro lado, bridges (pontes, como o nome implica) são conexões entre dois pontos de uma peça, separados entre si por uma certa distância. O extrusor se move em uma direção no plano XY fornecendo material enquanto se move.

À primeira vista, parece um cenário propenso a criar problemas de impressão, no entanto, veremos que alguns parâmetros podem ser estabelecidos que permitem realizar bridges de forma satisfatória, mesmo sem usar suportes.

Limitações de ângulo para overhangs na impressão 3D e como melhorá-las

Se olharmos do ponto de vista de uma estrutura, uma linha de filamento terá uma base de suporte suficiente se pelo menos metade de sua largura for suportada pela camada anterior. Isso significa que para uma largura de linha padrão de 0,4 mm, pelo menos 0,2 mm deve ser suportado na camada inferior.

A única maneira de garantir isso, para qualquer espessura de camada usada, é definir um ângulo máximo de overhang de 45°. Este ângulo é medido a partir de uma linha vertical imaginária até a borda do objeto. Definido assim, 0 graus é uma peça vertical e 90 graus é horizontal (uma ponte). Assim, o fatiador colocará suportes onde o ângulo de overhang for maior que 45°.

Esta é uma regra muito conservadora e, portanto, sempre funcionará, independentemente dos outros parâmetros de impressão. A realidade é que podemos melhorar ainda mais este ângulo ajustando alguns parâmetros.

Como aumentar o ângulo de overhangs

Por causa do tempo adicionado a uma impressão apenas por causa dos suportes necessários, devemos estar claramente interessados em aumentar o ângulo máximo permitido sem sacrificar a qualidade da nossa impressão. Isso também economizará muito filamento desperdiçado.

Após modificar os parâmetros que podem melhorar a qualidade dos overhangs das suas impressões, você deve tentar imprimir este teste de overhang. Fazendo mudanças e melhorias marginais, você deve conseguir imprimir ângulos de 60°-65°.

Vamos passar pelos parâmetros que podemos modificar para otimizar nossos overhangs!

Reduzir temperatura do extrusor

O filamento flui quando atinge a temperatura de trabalho, que geralmente está entre 190 e 220°C para PLA, dependendo do fabricante, pigmentação ou composição do termoplástico.

Uma vez que o extrusor coloca o plástico no local desejado, precisamos que ele esfrie para endurecer. Assim, não teria tempo para gotejar ou cair no "penhasco" que não tem suporte suficiente. Quando o material está muito quente, leva muito tempo para esfriar, então a tendência a escorregar aumenta, e a peça acabará deformada.

Uma maneira de melhorar isso é baixar a temperatura de impressão para o mínimo absoluto. Para isso, existem as chamadas "torres de temperatura", que nos permitem descobrir a temperatura ideal para trabalhar cada material. Sempre recomendo imprimir uma torre toda vez que quisermos testar um novo filamento.

Este teste é altamente recomendado, pois tem um arquivo G-code "pronto para imprimir" com diferentes temperaturas para diferentes seções de camadas.

Reduzir taxa de fluxo (flow rate)

Se muito material sai do bico, levará ainda mais tempo para esfriar, então este parâmetro deve ser definido corretamente. Se você vir que as bordas das suas peças estão gotejando demais em vez de formar uma linha uniforme e sólida, é hora de ajustar a taxa de fluxo ou até verificar se os passos do extrusor estão corretos.

Aumentar resfriamento

Este parâmetro é essencial para alcançar bons acabamentos em overhangs muito pronunciados. Usar um bom ventilador de camada é prioridade ao imprimir peças complexas. Consiste em uma turbina (ventilador brushless) que sopra um grande fluxo de ar frio diretamente na saída do bico. Isso ajuda a resfriar o filamento e endurecê-lo. Ao fazer isso, as paredes externas do objeto tenderão a preservar a forma que deve ter.

Você também pode notar que um lado da impressão apresenta detalhes mais altos e melhores que a outra parte. Isso pode muito bem ser devido a um lado receber diretamente o ar do ventilador de camada enquanto o outro é bloqueado pelo próprio objeto. Em tais casos, oriente o objeto de forma que os detalhes mais cruciais da impressão tenham contato direto com o fluxo de ar do ventilador de camada.

Limitações de distância de bridging na impressão 3D e como melhorá-las

À medida que o filamento é extrudado pelo bico durante os movimentos especificados pelo G-Code, a linha de plástico pode tender a colapsar sob seu próprio peso ao tentar imprimir uma ponte grande entre duas estruturas.

Isso formará uma curva para baixo se a distância entre os dois pontos de apoio exceder um certo valor. Para conhecer a capacidade e limitações de uma impressora 3D, testes específicos são realizados que geram pontes cada vez mais longas no mesmo arquivo STL. Você pode começar imprimindo este teste de bridging do Thingiverse (imagem acima).

Estes testes não apenas servem para conhecer a capacidade da nossa impressora, mas também nos permitem variar os parâmetros de impressão para melhorar a qualidade das nossas pontes. Para fazer isso, você deve modificar um parâmetro por vez e reimprimir o teste para isolar o efeito da modificação marginal.

Um parâmetro primário ao imprimir pontes é, novamente, a temperatura de extrusão. A velocidade com que o material esfria no ar está diretamente relacionada à qualidade da ponte.

Se sua impressora não tem um ventilador de camada instalado, recomendo que você compre um e adicione ao hotend. Os melhores resultados são obtidos com um ventilador de camada do tipo Blower (soprador), definido a 100% de sua capacidade. O bico deve permitir a passagem de ar e não ser um obstáculo.

Também deve ser orientado para o filamento, e não para o bico, pois o resfriaria e causaria problemas de temperatura. Meu ventilador blower favorito é o 5015. É barato e incrivelmente eficiente.

Se você está usando um ventilador de camada pela primeira vez, é uma boa ideia ajustar o sistema de controle PID do seu extrusor. Existem muitos tutoriais em vídeo no YouTube que explicam como fazer isso.

Uma vez que você consiga configurar sua impressora 3D para imprimir pontes e overhangs satisfatoriamente, ainda pode encontrar pontes que são grandes demais. Para esses casos, os suportes entram como um último recurso útil que resolverá automaticamente nosso problema. Vamos aprender como configurar suportes no Cura Slicer, mas os outros fatiadores têm opções similares para definir.

Melhores configurações para impressão 3D com suportes

Para começar, devemos selecionar os locais da peça onde queremos que os suportes sejam feitos. A opção "Em todo lugar" também pode colocar suportes no interior do objeto, o que pode ser excessivo em alguns casos ou completamente necessário em outros. Dependenderá do design do objeto.

Tipo de estrutura de suporte

Esta opção nos permite determinar a estrutura dos suportes. "Grade", por exemplo, gerará suportes mais fortes que não têm risco de cair mesmo quando muito longos. A desvantagem é que são muito mais difíceis de remover e aumentam o tempo de impressão (e consumo de filamento) significativamente.

"Linhas" é uma opção muito mais rápida, pois consiste em uma estrutura formada por linhas finas de filamento uma sobre a outra. A principal desvantagem deste tipo de suportes é que, por serem por definição muito finos, também tendem a inclinar ou desmoronar quando a estrutura é mais alta.

São raras as ocasiões em que você deve imprimir com uma estrutura de grade, pois um padrão de linhas quase sempre será mais que suficiente e economizará tempo e filamento.

Ângulo de overhang para suporte

Como mencionamos antes, objetos que contêm projeções consistindo de ângulos maiores que o estabelecido neste parâmetro serão reforçados com suportes. Este valor surgirá do teste de overhang. Se você ainda não fez, defina 45 como ângulo máximo como valor temporário e à prova de falhas.

Quantidade de preenchimento

Este parâmetro é expresso como porcentagem e estabelece a densidade do material que formará o suporte. No caso de "linhas", quanto maior este valor, mais próximas as linhas estarão uma da outra. Comece com pelo menos 25% nas primeiras vezes. Se notar que a qualidade de saída é mantida, tente diminuir marginalmente este valor. Como regra prática, o valor ideal deve ficar entre 25% (máximo) e 10% (mínimo).

Distância X / Y

Estabelece a distância entre a peça e o suporte, no eixo horizontal (plano da camada). Quanto menor este valor, melhor o suporte funcionará, mas também aderirá ao objeto, dificultando a remoção. Um valor recomendado é 0,6 mm.

Distância Z

Indica a separação entre o suporte e a peça, na direção vertical. Um bom valor é 0,2 mm, pois permite que o suporte seja removido com facilidade, sem afetar a qualidade da peça.

Se não deixarmos um espaço entre a peça e o suporte, tanto o suporte quanto o modelo se tornarão uma peça única. Isso deixará marcas desagradáveis no objeto ao tentar remover os suportes.

À medida que você ganha mais experiência, pode aumentar as distâncias entre o objeto e o suporte, para poder removê-los facilmente uma vez terminada a impressão.

Multi-extrusão e suportes

Algumas impressoras 3D têm dois extrusores, que podem ser configurados para imprimir duas peças ao mesmo tempo ou para um deles fazer a peça enquanto o segundo extrusor imprime os suportes. A vantagem mais importante disso é que ter um segundo extrusor nos permite imprimir os suportes com um material solúvel em água. Um filamento com esta propriedade conveniente é PVA.

PVA nos permite simplesmente mergulhar a peça em água e obter um bom acabamento, não importa o quão próximos os suportes estavam da peça. Como desvantagem, devo mencionar que o preço do PVA tende a ser bastante alto.

Outro filamento usado para suportes é HIPS, que é solúvel em d-limoneno (um derivado de frutas cítricas popularmente usado como inseticida). É mais barato que PVA, mas requer um custo extra de solvente.

Impressão 3D com suportes em árvore (Tree Supports)

"Suportes em árvore" são assim nomeados por causa de sua forma. Eles começam como um tronco que se ramifica à medida que sobe ao longo do eixo Z. Estes ramos fazem contato com a peça em um ponto muito pequeno, colocado no ponto melhor localizado para manter a estrutura do objeto.

Alguns fatiadores, como o Cura, têm a opção de usar estes suportes. Para habilitar esta opção, clique na engrenagem de configuração e selecione "Experimental" -> "Tree Support".

Programas de modelagem, como Meshmixer, permitem gerar os suportes em árvore no arquivo STL, então você só precisa fatiar o objeto sem se preocupar com a configuração de suportes.

Vantagens e desvantagens dos suportes em árvore

A principal vantagem destes suportes é que eles fazem contato em apenas um ponto do modelo, em vez de fazer em uma linha, como é o caso dos suportes tradicionais. Isso torna o acabamento de superfície do objeto muito mais suave após o processo de remoção.

Outra vantagem é que a "árvore" se afasta da peça em áreas onde suportes não são necessários. Isso é especialmente conveniente ao imprimir modelos orgânicos como pessoas ou animais.

A principal desvantagem dos suportes em árvore é que eles não são indicados para pontes ou overhangs grandes, pois não conseguem suportar adequadamente planos como suportes de linha ou grade. Além disso, são muito mais lentos e requerem um tempo de fatiamento muito longo.

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