Diseño de modelado por deposición fundida (FDM) para la guía de fabricación

Esta lista de verificación ilustrada ayudará a los equipos a comprender los conceptos básicos del diseño para la fabricación (DFM) con el modelado por deposición fundida (FDM).

Introducción

¿Qué es FDM?

El modelado por deposición fundida (FDM) es una de las formas más comunes de fabricación aditiva y en lo que la mayoría de la gente piensa cuando escucha "impresión 3D".

Diseño de modelado por deposición fundida para la guía de fabricación ¿Cómo funciona FDM? Durante este proceso, la máquina FDM extruye filamento termoplástico calentado a través de una boquilla, construyendo el componente una capa horizontal a la vez. Una ventaja significativa del proceso es la rapidez con la que las máquinas pueden producir piezas en comparación con las tecnologías heredadas. Dado que los plazos de entrega pueden ser tan cortos como 24 horas, FDM es un proceso útil para crear prototipos rápidos y asequibles e incluso algunas piezas funcionales.

La conveniencia de la impresión FDM y la accesibilidad de los materiales FDM ha llevado a la popularidad de la tecnología entre los usuarios profesionales y aficionados, que pueden usar la tecnología para crear de todo, desde juguetes hasta alimentos y gabinetes electrónicos. La innovación de procesos para FDM aún está en curso, con nuevas capacidades que ahora incluyen impresión no plana, impresión compuesta e impresión de múltiples materiales.

Diseñar para la fabricación es importante para todos los diseñadores y equipos de productos, independientemente de la tecnología de fabricación. Los diseños de piezas no solo deben cumplir con los requisitos funcionales y materiales deseados que se esperan del prototipo o la pieza final, sino que también deben tener en cuenta el proceso de fabricación en sí.

Esta guía incluye cinco consejos para garantizar que sus piezas impresas con FDM sean de alta calidad y eficientes para producir. Verificar dos veces sus diseños con esta lista antes de enviarlos para la fabricación puede ayudarlo a mejorar su pieza, ahorrar tiempo y recursos, y acelerar los tiempos de producción.

1. ¿Tu diseño tiene en cuenta el comportamiento anisotrópico?

Debido a cómo las impresoras FDM extruyen líneas de material termoplástico una capa a la vez, el proceso es inherentemente anisotrópico, lo que significa que las propiedades mecánicas a granel de la pieza varían en diferentes direcciones. Esto se debe al hecho de que la fuerza de unión entre las capas es diferente de la fuerza en el plano. Las piezas impresas con FDM ofrecen la mayor resistencia a la tracción paralela a la trayectoria del cabezal de impresión (dentro del plano X-Y, o corte). La fuerza de unión entre las capas afectará la resistencia a la tracción de la dirección Z, que normalmente será menor que la resistencia a la tracción dentro del plano X-Y.

FDM no se recomienda para la producción de componentes mecánicos críticos, ya que los termoplásticos son susceptibles a la fluencia del material si se someten a una gran tensión durante largos períodos de tiempo. La orientación y la geometría de construcción de una pieza se pueden modificar para tener en cuenta o mitigar esto. Del mismo modo, la incorporación de bordes biselados y redondeados en sus piezas y herramientas mejorará su longevidad y reducirá las concentraciones de tensión.

2. ¿Son razonables sus expectativas de tolerancia?

Los equipos de productos deben saber que el proceso FDM no puede lograr tolerancias extremadamente estrictas.

La mayoría de las máquinas FDM industriales pueden proporcionar una precisión dimensional de ± 0,15 % (límite inferior ± 0,2 mm) y las impresoras de escritorio pueden alcanzar tolerancias de ± 0,5 % (límite inferior ± 0,5 mm). Sin embargo, debido a que FDM involucra grandes cantidades de calor, otros factores como la geometría afectarán la precisión de la pieza impresa a medida que se enfría. Si una pieza requiere superficies críticas u orificios de alta tolerancia con mayor precisión de la que la impresora FDM puede lograr directamente, entonces considere las operaciones de posprocesamiento o la adición de componentes como bujes e insertos roscados. A menudo, los problemas de tolerancia de FDM se pueden reducir mediante un procesamiento posterior adicional.

Cuando se trata del tamaño del texto, el tamaño mínimo sugerido para el texto en plano es de 6 mm en negrita, pero los valores reales variarán según la impresora. El texto en las paredes verticales puede ser tan pequeño como 3,5 mm en negrita.

Si su pieza contiene espacios delgados, deben mantener un ancho mínimo de 5 mm para garantizar que el material de soporte se pueda quitar fácilmente. Orientar la construcción de la pieza para que los espacios sean perpendiculares al plano X-Y ayuda a garantizar que se mantenga un buen acabado superficial.

3. ¿Ha considerado el grosor de la pared, el tamaño de los orificios y los voladizos?

El grosor de pared óptimo para su pieza estará determinado por el tamaño del filamento. Generalmente, las características que son dos veces el grosor del filamento o más delgadas no se imprimen bien. Para paredes, cuatro veces el grosor del filamento es adecuado.

Los perfiles cerrados en plano tienden a imprimirse muy bien con FDM, ya que los bucles cerrados permiten una impresión rápida y sin problemas. Los ejemplos de esto incluirían jarrones, tazas y tubos, en lugar de piezas complejas con lados discontinuos y características afiladas. Si bien no es necesario para lograr una buena pieza, diseñar teniendo esto en cuenta puede ayudar a garantizar impresiones FDM exitosas.

Los agujeros creados a través de la impresión FDM deben tener un diámetro no inferior a 1 mm para garantizar que la característica se resuelva bien. Al igual que con los espacios, la orientación de los orificios para que se impriman en forma perpendicular al plano X-Y puede mejorar la calidad de las características. Taladrar o escariar agujeros durante el posprocesamiento es otro método para garantizar la precisión.

Dado que FDM construye la pieza capa por capa, si los voladizos en la pieza son lo suficientemente grandes, no habrá suficiente soporte para sostener el nuevo material fuera de la placa de construcción. Este material debe estar soportado en el software de impresión con geometría de soporte de sacrificio o la pieza debe modificarse para eliminar los voladizos.

4. ¿Es probable que su diseño se deforme?

La deformación ocurre durante el proceso de enfriamiento cuando diferentes secciones de la pieza se solidifican y encogen a diferentes velocidades, creando tensiones internas que tiran del material de una manera que no es uniforme. Si bien la deformación no es un problema para todas las piezas impresas con FDM, ciertas características de diseño como paredes verticales, secciones delgadas o características con relaciones de aspecto altas pueden aumentar la probabilidad de que una pieza se deforme durante el proceso de enfriamiento.

La deformación se puede evitar:

• Agregar nervaduras a paredes verticales
• Agregar filetes a esquinas afiladas
• Agregar soportes adicionales a los bordes de elementos delgados o sobresalientes
• Evitar partes con relaciones de aspecto altas (relaciones de largo a ancho/grosor)

5. ¿Ha considerado dividir partes para resolver problemas de forma innovadora?

Seccionar simplemente significa dividir el archivo CAD de su pieza en pequeños componentes impresos por separado. El seccionado permite construir y ensamblar piezas que son demasiado grandes para el volumen de construcción de la impresora o reducir la necesidad de estructuras de soporte. Imprimir características frágiles por separado también puede permitirle utilizar una orientación de construcción más adecuada, produciendo así una pieza más fuerte y superior. Sin embargo, cortar partes requiere algo de experiencia y cuidado, ya que cada vez que se corta una parte en pedazos.

Cómo empezar con un experto en DFM

FDM puede ser un método muy eficiente y asequible para producir prototipos y piezas termoplásticas. Entre los cortos plazos de entrega, la disponibilidad de la tecnología de impresión y la amplia compatibilidad de materiales, no es de extrañar que tanto los aficionados como los profesionales busquen aprovechar los beneficios de FDM.

Cuando se asocia con un fabricante experimentado como Fast Radius, puede estar seguro de que cada una de estas consideraciones, y muchas más, se tendrán en cuenta. Nuestro equipo de ingenieros y gerentes de producto aprovechan las tecnologías de diseño digital de vanguardia y décadas de experiencia para garantizar que todas y cada una de las piezas que producimos sean la mejor pieza posible para el trabajo. No solo eso, nuestro equipo trabaja en estrecha colaboración con los clientes durante cada paso, desde el diseño hasta el cumplimiento, para garantizar que cada pieza esté optimizada para el uso final y la capacidad de fabricación.

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