Dominando FDM: Guia Completo de Design para Manufaturabilidade

Esta lista de verificação ilustrada ajudará equipes a entender os fundamentos de design para manufaturabilidade (DFM) com modelagem por deposição fundida (FDM).

Introdução

O que é FDM?

Modelagem por deposição fundida (FDM) é uma das formas mais comuns de manufatura aditiva e o que a maioria das pessoas pensa quando ouve "impressão 3D".

Como o FDM funciona? Durante este processo, a máquina FDM extruda filamento termoplástico aquecido através de um bico, construindo o componente uma camada horizontal por vez. Uma vantagem significativa do processo é quão rapidamente as máquinas podem produzir peças em comparação a tecnologias legadas. Dado que períodos de turnaround podem ser tão curtos quanto 24 horas, FDM é um processo útil para criar protótipos rápidos acessíveis e até algumas peças funcionais.

A conveniência da impressão FDM e a acessibilidade de materiais FDM levaram à popularidade da tecnologia entre usuários profissionais e amadores, que podem usar a tecnologia para criar de brinquedos a alimentos a invólucros eletrônicos. Inovação de processo para FDM ainda está em andamento, com novas capacidades agora incluindo impressão não-planar, impressão composta e impressão multi-material.

Design para manufaturabilidade é importante para todos designers e equipes de produto, independentemente da tecnologia de manufatura. Designs de peças não só precisam atender aos requisitos funcionais e de materiais esperados do protótipo ou peça final, mas também precisam levar o processo de manufatura em conta.

Este guia inclui cinco dicas para garantir que suas peças impressas em FDM são de alta qualidade e eficientes de produzir. Verificar seus designs contra esta lista antes de submetê-los para manufatura pode ajudar a melhorar sua peça, economizar tempo e recursos, e acelerar tempos de produção.

1. Seu design contabiliza comportamento anisotrópico?

Devido a como impressoras FDM extrudem linhas de material termoplástico uma camada por vez, o processo é inerentemente anisotrópico, o que significa que as propriedades mecânicas em massa da peça variam ao longo de direções diferentes. Isso decorre do fato de que a resistência da ligação entre camadas é diferente da resistência no plano. Peças impressas em FDM oferecem a maior resistência à tração paralela ao caminho da cabeça de impressão (dentro do plano X-Y, ou plano de fatia). A resistência da ligação entre camadas afetará a resistência à tração na direção Z, que tipicamente será menor que a resistência à tração dentro do plano X-Y.

FDM não é recomendado para produzir componentes mecânicos críticos, pois termoplásticos são suscetíveis a fluência (creep) de material se colocados sob alto estresse por longos períodos. Orientação de construção e geometria da peça podem ser modificadas para contabilizar ou mitigar isso. Da mesma forma, incorporar arestas chanfradas e arredondadas em suas peças e ferramentas melhorará sua longevidade e reduzirá concentrações de tensão.

2. Suas expectativas de tolerância são razoáveis?

Equipes de produto devem saber que o processo FDM não pode alcançar tolerâncias extremamente apertadas.

A maioria das máquinas FDM industriais pode fornecer precisão dimensional de ± 0,15% (limite inferior ± 0,2 mm) e impressoras desktop podem alcançar tolerâncias de ± 0,5% (limite inferior ± 0,5 mm). No entanto, como FDM envolve grandes quantidades de calor, outros fatores como geometria impactarão a precisão da peça impressa conforme ela resfria. Se uma peça requer superfícies críticas ou furos de alta tolerância com maior precisão que a impressora FDM pode alcançar diretamente, então considere operações de pós-processamento ou adição de componentes como buchas e inserts roscados. Frequentemente, problemas de tolerância FDM podem ser reduzidos através de pós-processamento adicional.

Quando se trata de tamanho de texto, o tamanho mínimo sugerido para texto no plano é 6 mm negrito, mas os valores reais variam por impressora. Texto em paredes verticais pode ser tão pequeno quanto 3,5 mm negrito.

Se sua peça contém fendas finas, elas devem manter largura mínima de 5 mm para garantir que o material de suporte possa ser facilmente removido. Orientar a construção da peça para que fendas sejam perpendiculares ao plano X-Y ajuda a garantir que um bom acabamento superficial seja mantido.

3. Você considerou espessura de parede, tamanhos de furos e balanços (overhangs)?

A espessura de parede ideal para sua peça será determinada pelo tamanho do filamento. Geralmente, recursos que são duas vezes a espessura do filamento ou mais finos não imprimem bem. Para paredes, quatro vezes a espessura do filamento é adequada.

Perfis fechados no plano tendem a imprimir muito bem com FDM como loops fechados permitem impressão rápida e contínua. Exemplos incluiriam vasos, copos e tubos, em vez de peças complexas com lados descontínuos e recursos agudos. Embora não necessário para alcançar uma boa peça, projetar com isso em mente pode ajudar a garantir impressões FDM bem-sucedidas.

Furos criados através de impressão FDM devem ter diâmetro não menor que 1 mm para garantir que o recurso resolva bem. Como com fendas, orientar furos para imprimir perpendiculares ao plano X-Y pode melhorar qualidade do recurso. Furar ou reamer furos durante pós-processamento é outro método de garantir precisão.

Como FDM constrói a peça camada por camada, se balanços na peça são grandes o suficiente, não haverá suporte suficiente para segurar o novo material acima da plataforma de construção. Este material deve ser suportado no software de impressão com geometria de suporte sacrificial ou a peça deve ser modificada para eliminar os balanços.

4. Seu design provavelmente empenará (warp)?

Empenamento ocorre durante o processo de resfriamento quando diferentes seções da peça solidificam e encolhem em velocidades diferentes, criando tensões internas que puxam o material de forma não uniforme. Embora empenamento não seja problema para todas as peças impressas em FDM, certos recursos de design como paredes verticais, seções finas, ou recursos com altas razões de aspecto podem aumentar a probabilidade de uma peça desenvolver empenamento durante o processo de resfriamento.

Empenamento pode ser evitado por:

• Adicionar nervuras (ribs) a paredes verticais
• Adicionar filetes a cantos agudos
• Adicionar suportes extras às bordas de recursos finos ou salientes
• Evitar peças com altas razões de aspecto (razões comprimento-largura/espessura)

5. Você considerou seccionar peças para resolução de problemas fora da caixa?

Seccionar (sectioning) simplesmente significa dividir o arquivo CAD da sua peça em pequenos componentes impressos separadamente. Seccionar torna possível construir e montar peças que são grandes demais para o volume de construção da impressora ou reduzir a necessidade de estruturas de suporte. Imprimir recursos frágeis separadamente também pode permitir que você use uma orientação de construção mais adequada, produzindo uma peça mais forte e superior. Seccionar peças requer alguma expertise e cuidado, pois toda vez que uma peça é cortada em pedaços.

Começando com um Especialista em DFM

FDM pode ser um método muito eficiente e acessível para produzir protótipos e peças termoplásticas. Entre os prazos curtos, a disponibilidade da tecnologia de impressão e ampla compatibilidade de materiais, não é surpresa que amadores e profissionais estejam buscando alavancar os benefícios do FDM.

Quando você faz parceria com um fabricante experiente como a Fast Radius, pode ter certeza que cada uma destas considerações — e muitas mais — serão levadas em conta. Nossa equipe de engenheiros e gerentes de produto alavanca tecnologias de design digital de ponta e décadas de experiência para garantir que cada peça que produzimos é a melhor peça possível para o trabalho. Não apenas isso, nossa equipe trabalha de perto com clientes durante cada etapa, do design até a entrega, para garantir que cada peça é otimizada para uso final e manufaturabilidade.

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