Equilibrar Velocidade e Qualidade na Impressão 3D: Configurações Ótimas Explicadas

Todos queremos o melhor dos nossos modelos impressos em 3D, tanto em qualidade como em velocidade. O problema é que, na maioria das vezes, qualidade e velocidade não andam de mãos dadas e encontrar o ponto ideal entre ambas requer tentativa e erro para cada impressora e tipo de filamento.

Neste artigo, falo sobre o impacto da velocidade de impressão na qualidade, os problemas mais comuns e como encontrar as melhores configurações.

A velocidade de impressão afeta a qualidade?

Na maioria das vezes, a velocidade de impressão tem impacto significativo na qualidade. Como regra geral, velocidades lentas produzem melhor qualidade. Alcançar tempos de impressão rápidos sem perder qualidade é possível, mas depende do tipo de impressora 3D e da qualidade dos materiais usados.

Por que afeta a qualidade?

O grau em que a velocidade afeta a qualidade está ligado à capacidade da máquina lidar com essa velocidade. A maioria das impressoras 3D de consumo não é feita para impressão rápida. São geralmente feitas com materiais baratos para serem acessíveis. À medida que aumenta a velocidade, estas deficiências de design e materiais tornam-se mais notórias.

Movimentos rápidos do extrusor geram vibrações significativas, resultando em impressões de má qualidade. Configurações Bowden têm menos peso no extrusor, logo são mais estáveis e mitigam este problema. Uma impressora de boa qualidade com configuração Bowden pode atingir velocidades rápidas sem perder qualidade.

Além da qualidade da impressora, devemos considerar os filamentos. Mesmo que a impressora aguente uma velocidade, o filamento só derrete até certo ponto, limitando as taxas de fluxo de extrusão. Diferentes filamentos à mesma velocidade dão resultados díspares devido a propriedades físicas e químicas diferentes.

Melhores Configurações de Velocidade para Impressão 3D

Na impressão 3D, as melhores configurações variam para cada maker, pois dependem de muitos fatores: modelo da impressora, filamento e condições ambientais.

Velocidade de Impressão (Print Speed)

Controla a velocidade do bico sobre a mesa enquanto imprime. Velocidades lentas geralmente produzem melhor qualidade, pois velocidades altas podem causar ringing e sub-extrusão. Para encontrar a melhor velocidade para a sua máquina, descarregue esta Speed Test Tower.

No link encontra instruções para configurar a impressão da Speed Test Tower. Basicamente, este teste aumenta a velocidade à medida que a torre sobe, para ver a diferença de qualidade a certa velocidade e descobrir a melhor configuração para a sua impressora.

Velocidade de Retração (Retraction Speed)

Determina quão rápido a impressora retrai o filamento através do bico ao mudar posição de impressão, para evitar vazamentos. Se demasiado baixa, verá stringing e bolhas nos modelos. Se demasiado alta, as engrenagens de alimentação podem danificar o filamento e atrapalhar o fluxo.

Para encontrar a velocidade de retração ideal, descarregue este Retraction Test. Imprima testes começando com 25 mm/s e aumente 5 mm/s enquanto obtiver bons resultados. A velocidade que der resultado mais limpo é a ideal.

Velocidade de Deslocamento (Travel Speed)

É a velocidade do bico quando não está a extrudar. Se demasiado alta, os movimentos da cabeça geram vibrações sérias que levam a ringing ou até deslocamento de camadas (layer shifting).

Para obter a velocidade de deslocamento ideal, descarregue este Teste (mesmo modelo do teste de retração). Na primeira impressão, use 100 mm/s e se a superfície estiver boa, repita aumentando 5 mm/s. Repita até ver defeitos na superfície.

Velocidade de Impressão e Duração da Impressão

Velocidades altas podem reduzir drasticamente a duração. Usando o perfil Draft do Cura, fatiei um Benchy com diferentes velocidades para ver a redução de tempo. Resultados:

Velocidade de Impressão	Duração
20 mm/s	164 min
30 mm/s	114 min
40 mm/s	90 min
50 mm/s	76 min
60 mm/s	66 min
70 mm/s	60 min
80 mm/s	55 min
100 mm/s	49 min
120 mm/s	45 min
140 mm/s	42 min

Como vê, os primeiros incrementos de velocidade têm maior impacto na redução de tempo. Isto acontece porque, dependendo da forma e tamanho do objeto, o extrusor pode não conseguir atingir as velocidades mais altas.

Problemas ao imprimir demasiado rápido

Fraca adesão entre camadas

Mesmo que a impressora aguente alta velocidade, o filamento precisa de tempo para ligar corretamente. Ao ser depositado, precisa de aderir à mesa e fundir com as outras camadas. Se a impressora for demasiado rápida, o filamento não tem tempo para criar ligação forte, resultando em fraca adesão entre camadas.

Deslocamento de camadas (Layer Shifting)

Ao imprimir em alta velocidade, os motores dos eixos X, Y, Z podem falhar devido ao stress excessivo e deslocar uma camada. Acontece porque os motores são forçados a mover-se mais rápido do que aguentam. O deslocamento pode ser gradual ou um grande desvio único.

Infill fraco, sub-extrusão

Se imprimirmos demasiado rápido, o extrusor pode não acompanhar e extrudar menos filamento que o software pensa. Esta sub-extrusão produz infill fraco, enfraquecendo a estrutura geral, que parte facilmente. Identifica-se se as camadas estão demasiado finas e o infill é filamentoso.

Ringing

Quando a impressora move-se demasiado rápido e precisa de mudar direção bruscamente, como num canto agudo, a inércia do extrusor causa vibrações consideráveis que provocam ringing — padrão visível de linhas indesejadas na superfície.

Pontes (Bridging)

Velocidade alta pode diminuir qualidade de pontes. Sempre que uma impressão precisa ligar duas colunas com extrusão suspensa (bridging), o filamento precisa de tempo para aderir à camada anterior. Se o extrusor mover-se demasiado rápido, o filamento não adere a tempo para fazer a ponte.

Outras formas de obter tempos de impressão mais rápidos

Use um bico maior

Com bico de maior diâmetro, sacrifica detalhe em troca de tempo reduzido, pois permite extrudar mais filamento de uma vez.

Imprima com altura de camada maior

Quanto maior a altura de camada, menos camadas são necessárias para terminar a impressão. O lado negativo é perda de resolução no modelo.

Reduza a percentagem de infill e número de perimetros (shells)

Reduzir infill e shells diminui a resistência geral. Ao diminuir, reduz material extrudado e obtém tempos mais rápidos.

O tipo de filamento afeta a velocidade de impressão?

O tipo de filamento desempenha papel importante na velocidade. Propriedades físicas e químicas variam para cada filamento, assim como velocidades recomendadas.

Estas são boas velocidades para filamentos comuns:

Filamento	Velocidade
ASA	20 / 50 mm/s
ABS	40 / 80 mm/s
PETG	40 / 90 mm/s
PLA	30 / 90 mm/s
NYLON	40 / 60 mm/s
HIPS	25 / 55 mm/s
TPU	10 / 30 mm/s

Tenha em mente que deve sempre verificar a bobina do filamento para as melhores configurações, pois podem mudar consoante o fabricante.

Até que velocidade uma impressora 3D pode imprimir?

Como dito, a velocidade máxima depende da qualidade dos componentes. Para a maioria das impressoras FDM de consumo, a velocidade média é 40-80 mm/s, enquanto melhores atingem 100-150 mm/s.

Gostaria de mencionar especialmente o projeto VORON. É um projeto não comercial que permite construir a sua própria impressora. Os planos são open-source gratuitos e estas máquinas maravilhosamente projetadas atingem velocidades impressionantes. A documentação é excelente e pode descarregar o manual de montagem do site deles.

Configurações de velocidade para Ender 3 (Pro e V2)

Como a Ender 3 é tão popular, decidi fazer testes de velocidade, benchys e cubos de calibração a diferentes velocidades para descobrir até que velocidade podia imprimir fiavelmente sem comprometer demasiado a qualidade.

Como ficaram as impressões (a câmara do meu telemóvel não é a melhor a detetar ringing e ghosting, então pode ter de confiar na minha palavra quanto a qual saiu melhor):

Teste de velocidade:

Embora não seja óbvio na imagem, a 200 mm/s não havia ghosting e 40 mm/s era muito similar. Contudo, a partir de 60 mm/s vê-se claramente mais ghosting.

Olhando a mesma impressão de lado, a altura impressa a 20 e 40 mm/s é mais suave que as outras partes.

Teste Benchy:

Embora não seja muito aparente, o Benchy a 90 mm/s teve mais ghosting e algumas linhas de camada salientes, mas a diferença não foi tão notória como esperado.

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