Diseño para impresión Parte 1:Tolerancias y pruebas unitarias impresas en 3D

Bienvenido a nuestra nueva serie de blogs, Diseño para impresión 3D (DF3DP). DF3DP es una serie de blogs dedicada a los consejos y trucos de impresión 3D que debe seguir al usar cualquier impresora 3D que lo guiará a través de la reducción de costos, el tiempo de impresión y el material, al mismo tiempo que le mostrará cómo obtener sus piezas de la manera que desea, primero inténtelo.

Todos hemos estado allí:imprime una parte que lleva horas, solo para descubrir que no del todo se ajusta de la forma deseada, lo que hace que se pierda un valioso tiempo de impresión y material en una pieza defectuosa. La impresión 3D es un proceso de fabricación sin intervención, por lo que una vez que envía su modelo CAD a la impresora, no hay mucho que pueda cambiar. Las piezas pueden llevar horas o incluso días, y si tiene una fecha límite que cumplir, reimprimir por completo la pieza con tolerancias corregidas a veces no es un lujo que pueda permitirse, ya sea desde una perspectiva de tiempo o monetaria. Debido a que las piezas impresas en 3D fabricadas con impresión FFF (fabricación de filamentos fundidos) se encogen debido a la contracción térmica, las impresoras 3D a menudo no imprimen exactamente las dimensiones que les indica, por lo que es necesario tener en cuenta la tolerancia. En esta publicación, lo guiaré a través de cómo asegurarse de que las tolerancias de impresión 3D sean correctas antes imprimir toda la pieza solo para descubrir que están mal.

Aquí es donde se realizan pruebas unitarias de las piezas impresas en 3D Viene muy bien. Una prueba unitaria es tradicionalmente un término de software, que esencialmente prueba que pequeños fragmentos de código funcionan de forma independiente antes de incorporarlos al script completo. Vamos a hacer lo mismo con la impresión 3D:imprima segmentos pequeños y rápidos de lo que luego se integrará en un diseño más grande para verificar o probar su funcionalidad y ajuste antes de imprimir una pieza enorme.

Por ejemplo, la parte superior de este prototipo de robot de combate de peso hormiga impreso en 3D que estoy diseñando se desliza sobre la base a través de un conjunto de ranuras inspiradas en una cola de milano (una está encerrada en un círculo a continuación). Ambas partes combinadas tardan 4 días y 7 horas en imprimirse, por lo que quiero hacer una prueba unitaria impresa en 3D para asegurarme de que las ranuras tengan el tamaño correcto antes de imprimir todo.

Diseño de una buena prueba unitaria para impresión 3D

Una prueba unitaria bien diseñada debe ser rápida y fácil tanto de diseñar como de imprimir (por lo general, mi objetivo es realizar un trabajo de impresión de media hora a una hora). Modelé una única versión en miniatura de los pares de ranuras y luego hice copias de ella con diferentes distancias de compensación de caras, que van desde ninguna compensación hasta una compensación de -0,2 mm en todas las caras de la cola de milano. Esto significa que cada perfil de ranura macho era más delgado que el anterior.

También agregué numeración para recordarme a mí mismo qué distancia de compensación era cuál, como se muestra en la captura de pantalla de CAD a continuación:

Prueba de la prueba unitaria impresa en 3D

Una cosa para recordar es imprimir su prueba unitaria en la orientación con la que se imprimirá la parte final, para que pueda hacer la prueba lo más precisa posible. La impresión solo tomó 1 hora y 15 minutos, mucho mejor que imprimir todo el chasis del robot y luego encontrar que mis ranuras deslizantes no estaban bien toleradas.

Para probarlo, simplemente deslizo la pieza del perfil de la ranura hembra en cada perfil macho, comenzando desde el desplazamiento de la cara más grande (-0,2 mm) y avanzando hasta un desplazamiento de 0,0 mm.

El perfil de compensación de -0,2 mm estaba muy suelto; no quiero que la parte superior del robot se deslice. Los perfiles masculinos de -0,15 mm y -0,1 mm eran decentes, pero no tan ajustados como me gustaría. La compensación de -0,05 mm terminó siendo la correcta:era lo suficientemente ajustada como para que no se pudiera golpear fácilmente y podía deslizarla con un poco de presión. El perfil final, con una compensación de 0,0 mm, era demasiado estrecho para mi gusto. Ahora, puedo ingresar el valor de compensación de -0,05 en mi diseño final y estoy seguro de que se deslizará de la manera que 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 tolerancia, incluso si solo desea tener una idea clara de cómo se comporta su impresora en determinadas condiciones. Por ejemplo, para tener una idea de las tolerancias de los orificios en una impresora 3D determinada, es posible que desee imprimir algo como esto:

Luego, puede medir los tamaños de los orificios y comparar el valor medido con el valor dimensionado en su modelo CAD, lo que le brinda una buena idea de la tolerancia del orificio que deberá dejar en cada plano en las partes que imprimirá en 3D. Luego, puede usar esta prueba como referencia para el trabajo de diseño futuro y puede ayudar a diseñar no solo una, sino muchas piezas impresas en 3D.

Además, con nuestra impresora, puede llevar el proceso de prueba de la unidad un paso más allá:digamos que necesita imprimir todo el chasis del robot, pero desea asegurarse de que todos los componentes encajen 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 probar que todos sus componentes encajan dentro de sus piezas impresas en 3D (o al revés) antes de introducir fibra en la impresión. Esto nuevamente reduce el desperdicio de material y reduce los costos para que pueda probar la geometría final y la forma de las piezas rellenas de fibra antes de comprometerse a imprimirlas.

El verdadero valor de las pruebas unitarias:

Entonces, digamos que imprimí todo el chasis y la parte superior, y arruiné la tolerancia de la ranura. Entonces tendría que imprimir todo esto dos veces, o tendría que pasar unas horas pirateando una pequeña característica geométrica bastante extraña, y nadie realmente quiere hacer eso. Archivar o lijar piezas impresas en 3D para que encajen, especialmente cuando involucran geometrías pequeñas, a menudo dejan cicatrices, un acabado superficial deficiente y pueden romper accidentalmente la característica o exponer la estructura interna de una pieza impresa en 3D. Es bastante obvio que imprimir una gran parte dos veces no es tan bueno como dedicar un poco más de tiempo al diseño y luego imprimir una parte pequeña y una parte grande, pero aquí están los números de mi robot en caso de que no esté convencido de la impresión en 3D. pruebas unitarias por el momento:

Las pruebas unitarias son fundamentales para las piezas grandes impresas en 3D si desea que salgan bien en el primer intento. El posprocesamiento es un proceso con el que la mayoría de la gente espera lidiar cuando imprime en 3D, ya sea lijando superficies, perforando agujeros o limando juntas mal dimensionadas. En una impresora que es tan confiable y precisa como la impresora 3D compuesta Mark Two, el posprocesamiento no tiene por qué ser un paso que deba tomar, y con las pruebas unitarias puede asegurarse de que sus piezas saldrán como las desea. a.

Si desea comprobar estas pruebas usted mismo, puede descargarlas aquí.

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