Domine a Manufatura Aditiva: 5 Dicas Essenciais de Design

À medida que a tecnologia de manufatura evolui, o conjunto de habilidades de design para manufatura (DFM) da indústria também deve evoluir. A paisagem da manufatura aditiva em particular avançou dramaticamente na última década: impressão 3D era considerada ferramenta de prototipagem, ou até novidade, mas agora que a tecnologia alcançou capacidades de grau industrial, design para manufatura aditiva (DFAM) tornou-se capacidade altamente cobiçada entre engenheiros e desenvolvedores de produto.

Dado o ritmo acelerado de mudança, se você passou anos aprimorando sua expertise em DFM para tecnologias de manufatura legadas, a perspectiva de ter que aprender novas técnicas DFAM pode parecer avassaladora. Esse desafio pode ser complicado ainda mais por diferentes tecnologias de impressão 3D: as técnicas DFAM ideais para modelagem por deposição fundida (FDM), por exemplo, podem ser diferentes de estereolitografia (SLA), Carbon Digital Light Synthesis™ (DLS) ou HP Multi Jet Fusion (HP MJF) — e envolver considerações significativas de novo custo, material e design.

Entendendo a Tecnologia de Impressão 3D

Deve ser óbvio que um projeto de design deve ser desenvolvido com entendimento da tecnologia que será usada para criá-lo. Impressão 3D é um processo de manufatura aditiva, o que significa que material é adicionado progressivamente, camada por camada, para formar uma peça final — em oposição a um processo de manufatura subtrativo, como usinagem CNC, no qual material é removido de uma peça de trabalho por uma ferramenta de corte.

No entanto, apesar de suas diferenças dos métodos de manufatura tradicionais, a integração da manufatura aditiva com frameworks de produção existentes não precisa ser difícil. Com um pouco de pensamento criativo e disposição para mudar sua percepção, pivotar designs para produção aditiva não será tão desafiador quanto você imagina.

Se você está pronto para fazer a mudança, aqui estão cinco dicas de design para impressão 3D para ajudar você a começar:

1. Prepare-se para Novos Desafios

A manufatura aditiva abriu uma gama de possibilidades de manufatura, permitindo a criação de peças anteriormente "infabricáveis" com velocidade e eficiência relativas. No entanto, DFAM também traz novos desafios que designers e engenheiros devem contabilizar ao levar peças do estado digital à produção física. O volume de construção de impressoras 3D, por exemplo, pode restringir o tamanho de certas peças, e exigir que projetos sejam construídos usando múltiplas impressões. Enquanto isso, tecnologias de impressão específicas têm seus próprios desafios: FDM produz peças com linhas de camada visíveis que podem não ser representadas em designs digitais (e que podem ser suavizadas pós-produção), e o processo HP MJF requer que peças passem por processo de resfriamento e então sejam limpas pós-impressão, o que pode estender cronogramas de produção.

DFAM é uma fronteira inegavelmente empolgante mas para tirar o máximo da sua tecnologia de impressão 3D, é importante projetar considerando estas considerações práticas ao desenvolver projetos.

2. Ajuste Estruturas de Suporte

Para contabilizar elementos com balanços (overhangs), peças podem precisar de estruturas de suporte, que podem gerar desafios de design. A necessidade de estruturas de suporte dependerá do ângulo em que um balanço é definido e é importante lembrar que os suportes consumirão materiais de impressão 3D, adicionando custo e tempo extra ao processo de impressão.

Felizmente, você pode reduzir a necessidade de suportar balanços — e economizar tempo e dinheiro — com algumas estratégias simples. Uma boa regra prática é minimizar o ângulo de balanços na sua peça o máximo possível: inclinações de 45 graus e além geralmente requerem suportes, enquanto aquelas abaixo de 45 graus não. Similarmente, você pode ancorar certas partes tornando o suporte necessário parte do design, ou ajustando a orientação da peça na plataforma de construção. Finalmente, você pode escolher um método de impressão mais "amigável a suportes": processos de impressão 3D de leito de pó, como HP MJF, não requerem que peças sejam projetadas com suportes já que o pó no qual são feitas é auto-sustentável.

3. Reduza Empenamento (Warping)

Se você está apenas começando sua jornada de manufatura aditiva, é possível que os materiais aditivos disponíveis e suas propriedades sejam desconhecidos.

Em particular, processos de impressão 3D tendem a causar empenamento dos materiais (especialmente em superfícies grandes e planas). Empenamento pode ocorrer como resultado de diferentes variáveis de temperatura: no processo FDM, filamento de material é extrudado a alta temperatura, então resfriado. Na impressão SLA e DLS, peças passam por processo de cozimento pós-impressão. No processo HP MJF, empenamento ocorre como resultado de sinterização, que ocorre em leito aquecido de material e envolve resfriamento pós-impressão. Alguns processos de impressão 3D são mais propensos a empenamento que outros: cantos de impressões 3D FDM, por exemplo, podem empenar e subir da mesa de impressão conforme passam por contração térmica.

Pode ser possível abordar empenamento garantindo que impressoras 3D estão corretamente calibradas, ou garantindo que peças têm adesão adequada à mesa de impressão. O efeito de empenamento também pode ser mitigado no design reduzindo o número de arestas agudas ou elementos salientes em uma peça, ou arredondando seus cantos para distribuir o estresse térmico mais uniformemente. Similarmente, peças longas ou finas têm maior tendência a empenar, então engrossar essas partes durante o design pode reduzir o efeito. Trabalhar com parceiros experientes, como a Fast Radius, é uma boa forma de prevenir empenamento (quando possível) já que podemos garantir que toda calibração de equipamento é tratada corretamente antes da impressão.

4. Considere Espessura de Parede

Tecnologia de impressão 3D é capaz de alcançar precisão impressionante e produzir peças com detalhes muito finos — incluindo peças extremamente finas. No entanto, como peças de moldagem por injeção, quanto mais fina uma peça impressa em 3D, mais provável que erros ocorram durante o processo de impressão: recursos muito finos correm risco de deformar ou se desprender da peça antes que a resina possa resfriar. Similarmente, partes extremamente finas podem acabar exacerbando qualquer empenamento subsequente conforme a peça resfria pós-produção. Mesmo se uma peça fina passa pelo processo de impressão, pode ser danificada por qualquer limpeza, acabamento ou pós-processamento necessário.

Com esses fatores em mente, você deve garantir que projeta suas peças para a espessura mínima de parede recomendada para a tecnologia de impressão 3D que você está usando. Engenheiros da Fast Radius trabalharão com você para determinar uma espessura de parede adequada para sua peça — e gerenciar quaisquer desafios únicos associados ao seu design.

5. Explore Oportunidades Criativas

Tecnologia de impressão 3D traz oportunidades para simplificar e otimizar o processo de produção de formas que não seriam possíveis com outros métodos de manufatura. Essas oportunidades incluem aliviar peso de peças sem comprometer sua resistência removendo material. Um dos métodos mais eficazes de alívio de peso para peças impressas em 3D é projetar com treliças (lattices): estruturas de cruzamento que podem ser teseladas ao longo de qualquer eixo, usam menos material de impressão 3D, e reduzem o peso total da peça.

Pense criativamente sobre oportunidades de otimização DFAM. A treliça, por exemplo, é encontrada em numerosas estruturas naturalmente ocorrentes, incluindo colmeias e corais — de fato, o mundo natural representa um vasto recurso para mais ideias de otimização DFAM, oferecendo um espectro de inspirações de design potencialmente úteis. Além de seu peso, peças podem ser otimizadas para propriedades incluindo tenacidade, alongamento até falha e transferência de calor — métricas que têm corolários nas propriedades estruturais do osso humano, por exemplo, e que podem ser emuladas (em graus variados) por tecnologia de impressão 3D.

O Valor da Expertise em DFAM

Avanços em tecnologia estão mudando a paisagem da manufatura aditiva mas não eliminaram a importância da entrada de engenharia humana. Ao fazer a transição para DFAM, até os melhores engenheiros podem se beneficiar de experiência e expertise de terceiros — ou simplesmente de ter uma caixa de ressonância externa — enquanto projetam para tecnologia de impressão 3D.

Em resumo, embora existam muitos recursos DFAM disponíveis para explorar, resolução de problemas presencial permanece indispensável. Então, seja para ajudar a otimizar designs existentes, ou começar um design do zero, a equipe de engenharia da Fast Radius está pronta para ajudar você: entre em contato hoje para começar.

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