Aumentando a Resistência de Peças Impressas em 3D: Técnicas Comprovadas

A impressão 3D é capaz de criar peças de polímero e metal fortes. No entanto, certas aplicações de peças impressas em 3D podem requerer muito mais resistência. Design e seleção de material são os fatores mais críticos que determinam a resistência de uma peça impressa em 3D. No entanto, mesmo uma peça bem desenhada pode mostrar fraqueza e falhar em serviço se outras técnicas simples e importantes de melhoria de resistência forem ignoradas.

Existem várias técnicas para fortalecer impressões 3D. Estas podem ser agrupadas em três categorias amplas: geometria da peça, configurações de impressão e pós-processamento.

Geometria da Peça

A geometria da peça desempenha um papel vital na determinação da resistência de uma impressão 3D. O uso de filetes e chanfros aumenta a resistência mecânica das arestas, enquanto nervuras e reforços fornecem suporte estrutural.

Usar Filetes ou Chanfros

Filetes ou chanfros fornecem uma base forte para secções mais finas em peças 3D. Impedem que os bocais derrubem partes delicadas da impressão.

Usar Nervuras e Reforços

Nervuras e reforços são extrusões finas que se projetam perpendicularmente de uma parede ou plano. Fornecem suporte e aumentam a resistência da peça. A espessura das nervuras deve ser metade da espessura da parede e devem ser espaçadas a uma distância mínima de duas vezes a espessura das paredes. Nervuras grandes e altas devem ser evitadas; em vez disso, múltiplas nervuras pequenas devem ser usadas.

Configurações de Impressão 3D

Configurações ótimas do processo de impressão 3D são necessárias para produzir peças mais fortes. Estas configurações incluem o seguinte.

Preenchimento (Infill) na Impressão 3D

Preenchimento refere-se simplesmente à quantidade de material dentro das paredes exteriores da peça 3D. Esta técnica é comumente usada na impressão 3D FDM para aumentar a resistência. A configuração de preenchimento é feita de duas formas, padrão de preenchimento e densidade de preenchimento.

Padrão de Preenchimento

Esta é uma estrutura repetitiva que preenche o espaço dentro de uma peça impressa em 3D. Geralmente fica escondida da vista. Existem numerosos estilos de padrões de preenchimento. Incluem: padrão triangular, archi, retangular, favo de mel ou hexagonal, e concêntrico. Padrão de preenchimento archi é mais adequado para peças circulares ou arredondadas. O padrão de preenchimento retangular é capaz de dar uma peça 100% densa devido à sua grelha paralela e perpendicular. O padrão de preenchimento hexagonal fornece a maior relação resistência-peso, mas demora mais tempo a imprimir.

Densidade de Preenchimento

Um preenchimento de 0% não tem preenchimento, e 100% dá uma peça completamente sólida. O preenchimento de 100% faz a peça mais forte. No entanto, em muitos casos, é um uso desnecessário de material que aumenta peso e custo. O padrão favo de mel é melhor para percentagens abaixo de 50%, enquanto o padrão retilíneo é melhor para percentagens acima de 50%. Densidades de preenchimento comuns estão entre 20% e 25%.

Orientação da Peça

Peças impressas em 3D são mais fortes em planos paralelos à câmara de construção porque a ligação molecular numa camada é muito maior que as ligações adesivas entre camadas. Estes são os planos X e Y. Embora esta técnica seja comum na impressão 3D FDM, pode ser usada noutros processos como SLA e SLS para melhorar a resistência. A orientação da peça depende de onde as cargas e pressões serão experienciadas na peça.

Espessura da Casca (Shell)

Isto desempenha um papel significativo no fortalecimento de peças 3D. Uma casca mais grossa torna a peça mais forte. Para impressão FDM, uma espessura de casca que é 3 a 4 vezes o diâmetro do bocal é melhor para peças que serão submetidas a carga pesada e sustentada. A maioria dos processos de impressão 3D usa um mínimo padrão de cerca de 1 mm de espessura. No entanto, aumentar isto melhorará a resistência à tração e ao impacto. Para informação detalhada sobre espessura recomendada para outras tecnologias de impressão 3D, consulte os nossos guias de design.

Pós-Processamento de Produção

Para aumentar ainda mais a resistência de peças impressas, também pode considerar pós-processamento. As seguintes operações de pós-processamento podem aumentar grandemente a resistência de peças impressas em 3D.

Recozimento (Annealing)

Recozimento é simplesmente um processo de aquecer uma peça impressa em 3D e deixá-la arrefecer gradualmente para aliviar tensões internas, resultando numa peça mais tenaz. Embora metais e vidro possam ser recozidos, nem todos os polímeros podem ser recozidos. Alguns materiais adequados para recozimento são PLA, PET e PA 12.

Galvanoplastia (Electroplating)

Galvanoplastia é uma técnica de pós-impressão que envolve imergir a peça numa solução de água e sais metálicos. Quando corrente é passada através da solução, catiões metálicos formam um revestimento fino ao redor da peça. Esta técnica pode ser aplicada a peças 3D de impressoras FDM, SLS, SLA ou SCM. Dá à peça propriedades mecânicas quase idênticas a peças de metal, sendo uma alternativa muito mais barata à impressão 3D de metal para várias aplicações.

No entanto, peças galvanizadas ainda são plástico por dentro e, se forem aquecidas a temperatura superior à de amolecimento do plástico interior, a resistência interna perde-se; mesmo que o exterior metálico não derreta. Vários metais podem ser usados para galvanoplastia, como zinco, crómio, níquel, cobre, etc. Antes da galvanoplastia, é importante primar a peça 3D para estabelecer uma superfície condutora adequada para o metal aderir. Grafite é comumente usado para a primagem.

Revestimento de Resina

Resinas epóxi ou poliéster podem ser usadas para revestir peças impressas em 3D. Revestimento epóxi é um revestimento de superfície insolúvel feito com tinta epóxi. A tinta contém dois produtos químicos; uma resina epóxi e um endurecedor. O revestimento resultante é geralmente mais durável e tenaz que peças não revestidas. No entanto, revestimento epóxi não é apropriado se precisar de precisão geométrica extrema e arestas afiadas para a peça. Resinas poliéster, por outro lado, são finas e podem ser espalhadas sobre peças intrincadas. A resina começa a endurecer 5 minutos após aplicação e geralmente leva 24 horas para secar completamente. Revestimento de resina pode ser aplicado a qualquer peça de qualquer impressora.

Reforço com Fibra de Carbono

Fibras de carbono ou vidro também podem ser usadas para reforçar peças 3D. A fibra de carbono tem excelente relação resistência-peso e é melhor usada para peças em condições de carga constante. Ao contrário do carbono, as fibras de vidro dobram até falhar. As fibras podem ser laminadas de duas formas:

• Reforço de fibra curta

Neste método, as fibras são picadas e misturadas com o termoplástico para melhorar resistência e rigidez

• Reforço de fibra contínua

Nesta técnica, a fibra tem de ser continuamente integrada no termoplástico à medida que é extrudida e depositada. Esta técnica requer dois bocais para imprimir ao mesmo tempo.

Conclusão

Na Xometry Europa, oferecemos várias opções de fortalecimento para peças impressas em 3D conforme solicitado pelos clientes. Basta aceder à nossa plataforma de cotação instantânea, carregar os seus modelos, escolher as suas opções, e pronto: a sua peça de alta resistência impressa em 3D será entregue em poucos dias.