Domine la impresión 3D: Parte 1 – Pruebas unitarias y tolerancias para construcciones precisas y rentables

Bienvenido a nuestra nueva serie de blog, Diseño para Impresión 3D (DF3DP). DF3DP es una serie dedicada a consejos y trucos de impresión 3D para cualquier impresora que le guiará reduciendo costes, tiempo de impresión y material, mostrando cómo obtener sus piezas como las quiere a la primera.

Todos hemos estado ahí: imprime una pieza que lleva horas, solo para descubrir que no encaja exactamente como quería, desperdiciando tiempo valioso de impresión y material en una pieza mala. La impresión 3D es un proceso de fabricación sin intervención, así que una vez envía su modelo CAD a la impresora no hay mucho que pueda cambiar. Las piezas pueden tardar horas o incluso días, y si tiene una fecha límite, reimprimir toda la pieza con tolerancias corregidas a veces no es un lujo que pueda permitirse, ni por tiempo ni por dinero. Como las piezas impresas en 3D con FFF (fabricación por deposición de filamento fundido) se encogen por contracción térmica, las impresoras 3D a menudo no imprimen exactamente las dimensiones que les indica, por lo que tener en cuenta la tolerancia es necesario. En esta publicación, le guiaré sobre cómo asegurar que las tolerancias de impresión 3D son correctas antes de imprimir la pieza entera solo para descubrir que están mal.

Aquí es donde las pruebas unitarias de piezas impresas en 3D resultan útiles. Una prueba unitaria es tradicionalmente un término de software, esencialmente probando que pequeños fragmentos de código funcionan independientemente antes de incorporarlos al script completo. Vamos a hacer lo mismo con impresión 3D: imprimir pequeños segmentos rápidos de lo que luego se integrará en un diseño mayor para verificar o testar su funcionalidad y ajuste antes de imprimir una pieza enorme.

Por ejemplo, la parte superior de este prototipo de robot de combate hormiga impreso en 3D que estoy diseñando se desliza sobre la base mediante un conjunto de ranuras inspiradas en cola de milano (una está marcada abajo). Ambas piezas combinadas tardan 4 días y 7 horas en imprimirse, así que quiero hacer una prueba unitaria impresa en 3D para asegurar que las ranuras tienen el tamaño correcto antes de imprimir todo.

Diseñando una buena prueba unitaria para impresión 3D

Una prueba unitaria bien diseñada debe ser rápida y fácil de tanto diseñar como imprimir (suelo apuntar a unos 30 minutos a una hora de trabajo de impresión). Modelé una versión miniatura única de los pares de ranuras, y luego hice copias con diferentes distancias de offset en caras, desde sin offset hasta -0,2 mm de offset en todas las caras de la cola de milano. Esto significa que cada perfil macho de ranura era más delgado que el anterior.

También añadí numeración para recordarme qué distancia de offset era cuál, como se muestra en la captura de CAD abajo:

Probando la prueba unitaria impresa en 3D

Una cosa a recordar es imprimir su prueba unitaria en la orientación en que se imprimirá la pieza final, para hacer el test lo más preciso posible. La impresión solo tomó 1 hora y 15 minutos, mucho mejor que imprimir todo el chasis del robot y luego descubrir que mis ranuras deslizantes no estaban bien toleranciadas.

Para testearla, simplemente deslicé el perfil hembra de ranura sobre cada perfil macho, comenzando desde el mayor offset negativo (-0,2 mm) y avanzando hacia 0,0 mm offset.

El perfil -0,2 mm offset estaba muy suelto – no quiero que la parte superior del robot se deslice sola. Los perfiles macho -0,15 mm y -0,1 mm eran decentes pero no tan ajustados como me gustaría. El offset -0,05 mm resultó ser el ideal – lo suficientemente ceñido para que no se salga fácilmente, y podía deslizarlo fuera con un poco de presión. El perfil final, 0,0 mm offset, estaba un poco demasiado ajustado para mi gusto. Ahora, puedo introducir el valor -0,05 offset en mi diseño final, y estoy seguro de que deslizará como quiero. Hay algunas características más que realmente bloquearán la parte superior en su lugar, pero las ranuras que conectan las dos piezas eran las tolerancias de las que no estaba seguro.

Otros usos de las pruebas unitarias

Las pruebas unitarias son realmente valiosas para cualquier tipo de tolerancias, incluso si solo quiere tener una buena idea de cómo se comporta su impresora bajo ciertas condiciones. Por ejemplo, para tener una idea de las tolerancias de agujeros en una impresora 3D dada, puede querer imprimir algo como esto:

Entonces puede medir los tamaños de los agujeros y comparar el valor medido con el valor dimensionado en su modelo CAD, dándole una buena idea de la tolerancia de agujero que necesitará dejar en cada plano en piezas que vaya a imprimir en 3D. Puede usar este test como referencia para futuros trabajos de diseño y puede ayudar a diseñar no solo una, sino muchas piezas impresas en 3D.

Además, con nuestra impresora, puede llevar el proceso de pruebas unitarias un paso más allá: digamos que necesita imprimir todo este chasis de robot, pero quiere asegurar que todos los componentes caben dentro antes de comprometerse a usar fibra de carbono para fortalecer el marco. Puede hacer lo que se llama un prototipo de ajuste impreso en 3D para testear que todos sus componentes caben dentro de sus piezas impresas en 3D (o viceversa) antes de introducir fibra en la impresión. Esto reduce de nuevo desperdicio de material y recorta costes para que pueda testear la geometría y forma final de piezas rellenas de fibra antes de comprometerse a imprimirlas.

El verdadero valor de las pruebas unitarias:

Digamos que imprimí todo este chasis y tapa, y me equivoqué en la tolerancia de la ranura. Entonces necesitaría imprimir todo esto dos veces, o pasar unas horas lijando una característica geométrica pequeña y rara, y nadie realmente quiere hacer eso. Lijar o limar piezas impresas en 3D para que encajen, especialmente cuando involucran geometrías pequeñas, a menudo deja marcas, mal acabado superficial y pueden romper accidentalmente la característica o exponer la estructura interna de una pieza impresa en 3D. Es bastante obvio que imprimir una pieza grande dos veces no es tan bueno como dedicar un poco más de tiempo de diseño y luego imprimir una pieza pequeña y una grande, pero aquí están los números para mi robot por si no está convencido sobre las pruebas unitarias impresas en 3D todavía:

Las pruebas unitarias son críticas para piezas grandes impresas en 3D si quiere que salgan bien a la primera. El post-procesado es un proceso que la mayoría espera simplemente lidiar al imprimir en 3D, ya sea lijando superficies, taladrando agujeros, o limando uniones mal dimensionadas. En una impresora tan fiable y precisa como la Mark Two de compuestos, el post-procesado no tiene por qué ser un paso necesario, y con pruebas unitarias puede asegurar que sus piezas saldrán como quiere.

Si quiere ver estos tests por sí mismo, puede descargarlos aquí.

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