Los 10 consejos principales a tener en cuenta al diseñar su pieza FDM

El modelado por deposición fundida (FDM) es una de las tecnologías de impresión 3D más populares para aficionados, oficinas de servicio y fabricantes de equipos originales (OEM). Desde la creación de prototipos de bajo costo hasta las piezas funcionales, FDM se adapta bien a una variedad de aplicaciones y ofrece una gran flexibilidad de diseño.

Sin embargo, para lograr una mayor precisión y piezas FDM impresas con éxito, los diseñadores e ingenieros deben considerar las posibilidades y limitaciones del diseño para FDM. Para ayudarlo a garantizar los mejores resultados de impresión, hemos reunido una lista de las 10 cosas principales a considerar al diseñar para FDM.

El proceso de impresión FDM

El modelado de deposición fundida funciona extruyendo un filamento a través de una boquilla calentada sobre una plataforma de construcción. A medida que se deposita el material, se enfría y solidifica, formando una capa sólida de material. Este proceso se repite capa por capa hasta que se completa el objeto final.

Por lo general, FDM funciona con una amplia gama de materiales termoplásticos de grado de producción, aunque también se pueden usar algunos filamentos metálicos. También debe tenerse en cuenta que las piezas FDM impresas en 3D generalmente tendrán un acabado superficial rugoso y, por lo tanto, requerirán algún tipo de procesamiento posterior para lograr una superficie más suave.

Diez consejos para diseñar para FDM

1. Haga su diseño hermético

Es importante asegurarse de que su diseño FDM sea hermético, lo que significa que no hay agujeros en la superficie de su modelo 3D. Tener un diseño hermético puede afectar la capacidad de impresión de una pieza; los modelos no herméticos no se pueden imprimir en 3D, por lo que es vital verificar su diseño antes de enviarlo a imprimir. El software de automatización de RP Platform puede verificar fácilmente si hay problemas de estanqueidad y otros errores de archivos STL.

2. Estructuras de soporte

A menudo, sus diseños FDM pueden incluir características complejas como voladizos empinados, puentes, agujeros y secciones huecas. Para evitar fallas en la construcción, estas características requerirán estructuras de soporte. Generalmente es más fácil reducir o evitar los soportes, ya que agregan tiempo y costo al proceso de producción, además de dejar marcas después de la remoción. Sin embargo, a menudo no se puede evitar el uso de estructuras de soporte, ya que permiten imprimir geometrías complejas.

Al diseñar piezas para FDM, es una buena práctica aplicar la regla de los 45 grados:las características con ángulos inferiores a 45 grados deben ser compatibles para garantizar que una pieza no se rompa durante el proceso de impresión. Otra cosa a tener en cuenta es que las paredes para los soportes deben tener al menos 1,2 - 1,5 mm de grosor para proporcionar suficiente resistencia a su pieza.

3. Espesor de la pared

El grosor mínimo de la pared para las piezas FDM lo dicta el tamaño del filamento y el diámetro de la boquilla que ofrece una impresora 3D. Para garantizar una impresión exitosa, una regla general es diseñar paredes del doble del grosor del diámetro de la boquilla, con un mínimo de 1,5-2 mm de grosor.

Sin embargo, aunque las paredes más gruesas producirán piezas más resistentes, el diseño de paredes excesivamente gruesas aumentará los tiempos y los costes de producción, y puede provocar problemas de impresión como deformaciones. Pero si su pieza requiere paredes gruesas, puede diseñar estructuras internas de trama cruzada en lugar de paredes sólidas, lo que ahorra material y reduce el tiempo de impresión.

4. Agujeros

El proceso FDM generalmente produce orificios de tamaño insuficiente. Esto significa que, por ejemplo, un agujero diseñado con un diámetro de 5 mm puede imprimirse con un diámetro de alrededor de 4,8 mm. Por lo tanto, es una buena práctica diseñar orificios de gran tamaño.

Por lo general, se recomienda aumentar el diámetro de un orificio entre un 2% y un 4% para orificios de hasta 10 mm. Si la precisión del diámetro de un orificio es crítica, el orificio se puede imprimir en 3D con un tamaño menor y luego perforarlo para lograr el diámetro correcto.

5. Hilos

La mejor práctica al diseñar roscas es evitar bordes afilados y ángulos de 90 grados. El tipo recomendado de roscas para FDM son las roscas de 29 grados (también conocidas como roscas Acme) con un grosor mínimo de 0.8 mm de una rosca. También tenga en cuenta que los orificios para las roscas deben ser mayores de 3 mm para ser impresos en 3D.

6. Tamaño mínimo de función

Al diseñar funciones pequeñas para FDM, el tamaño de función recomendado para detalles grabados es de 1 mm de grosor y 0,3 mm de profundidad para garantizar la legibilidad. El tamaño mínimo de las columnas y los pasadores también debe tenerse en cuenta durante la etapa de diseño:estas características no deben tener menos de 2 mm de diámetro para que se puedan imprimir.

7. Filetes y chaflanes

Dado que el material en FDM se calienta durante el proceso de impresión, los cambios de temperatura que se producen pueden provocar deformaciones en su pieza. Afortunadamente, con características de diseño como empalmes y chaflanes, estos problemas se pueden evitar. Al agregar un chaflán a lo largo del borde inferior de una pieza, las tensiones térmicas se pueden distribuir de manera más uniforme, mitigando la deformación y la contracción. Agregar chaflanes también significa que su pieza también se puede quitar fácilmente de la plataforma de construcción.

Además de los chaflanes, los filetes se pueden diseñar en un modelo 3D para reducir las tensiones durante la impresión y aumentar la resistencia de una pieza. También se pueden agregar a las superficies de voladizo de más de 45 grados, eliminando la necesidad de soportes.

8. Orientación de la pieza

La orientación de la pieza es un punto vital a considerar, ya que puede afectar la calidad de la superficie y la resistencia de su pieza, así como la cantidad de soportes necesarios.

En primer lugar, es importante tener en cuenta que las superficies orientadas hacia arriba tienden a tener un mejor acabado superficial. En segundo lugar, dado que las superficies curvas y en ángulo a menudo son propensas al efecto de escalones (textura de superficie rugosa), puede orientar dichas superficies paralelas a la plataforma de construcción para minimizar este efecto. Por último, puede eliminar los soportes para agujeros orientándolos en sentido vertical. Cuando las piezas tienen varios orificios en diferentes direcciones, es posible que desee centrarse primero en los orificios ciegos y luego en los orificios con el diámetro más pequeño.

Las piezas FDM son altamente anisotrópicas, lo que significa que las piezas serán mucho más fuertes en el eje XY que en el plano Z. Para garantizar la resistencia, es aconsejable diseñar su pieza de modo que las características frágiles se orienten paralelas a la superficie.

9. Diseño para ensamblar

A menudo tiene sentido dividir un modelo 3D complejo en varias piezas, imprimirlas por separado y luego ensamblarlas juntas. Esto no solo reducirá la cantidad de soportes, simplificando el posprocesamiento, sino que también acelerará el proceso de impresión mientras se ahorra material.

10. Tasa de relleno

La tasa de relleno (%) indica cuánto material debe llenar una pieza cuando se imprime. A menos que se requiera la máxima resistencia, es inusual optar por un relleno máximo para sus piezas FDM, ya que esto puede generar costos de material más altos y velocidades de impresión más lentas. Dado que el porcentaje de relleno también afecta la resistencia de su pieza, es importante considerar la aplicación de su pieza FDM al elegir su tasa de relleno. Los prototipos, por ejemplo, se pueden producir con un porcentaje de relleno bajo, mientras que las piezas finales normalmente requerirán un porcentaje de relleno más alto para una mayor resistencia.

Para resumir

FDM es quizás la tecnología más rentable para la creación de prototipos y piezas funcionales de bajo costo. Sin embargo, para aprovechar al máximo su proceso de impresión FDM, se deben considerar las pautas de diseño para el proceso de impresión FDM antes de enviar cualquier impresión a producción. Si bien FDM implicará un enfoque de prueba y error hasta cierto punto, teniendo en cuenta estas consideraciones, puede reducir la complejidad en sus procesos y aumentar significativamente la eficiencia.