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Otimização de Modelos 3D para Fabrico Aditivo, utilizando a tecnologia sls
No campo da impressão 3D, a tecnologia SLS (Selective Laser Sintering) surgiu como uma ferramenta poderosa para transformar projetos digitais em objetos tangíveis. No entanto, para explorar totalmente os recursos desta técnica de fabrico aditivo, é crucial otimizar modelos 3D especificamente para impressão SLS. Ao adaptar meticulosamente os designs para aproveitar as características e limitações únicas do SLS, os fabricantes podem melhorar a qualidade de impressão, minimizar o tempo de produção, reduzir o desperdício de material e desbloquear um novo nível de precisão em objetos impressos em 3D. Este artigo investiga os principais aspectos da otimização de modelos 3D para a tecnologia SLS, explorando as considerações e técnicas críticas que podem revolucionar o mundo da impressão 3D.
A otimização de processos tecnológicos é crucial em qualquer campo de fabrico, e a indústria de impressão 3D em massa não é exceção. Ao avaliar as peças impressas em 3D à luz dos fatores – Qualidade, Tempo de Comercialização e Custo por Centímetro Cúbico – a impressão SLS geralmente surge como uma opção mais favorável em comparação com as técnicas tradicionais de fabrico, como a fundição sob pressão. A impressão SLS permite a criação de peças funcionais extremamente complexas e duráveis com um acabamento superficial de alta qualidade que não requer montagem (a impressora 3D pode produzi-las como um todo). Isso dá aos engenheiros a capacidade de projetar e criar objetos com as geometrias mais intrincadas, economizando tempo e dinheiro. Os melhores resultados são alcançados utilizando vários truques e técnicas desenvolvidas pela indústria para otimizar o processo de impressão 3D.
Os principais fatores a serem considerados ao otimizar modelos são fricção, resistência suficiente e capacidade de remover o excesso de pó que permanece dentro da peça impressa. O parâmetro mais simples de lidar é a remoção do pó residual. Para fazer isso, muitas vezes são deixadas uma ou duas aberturas nas áreas da peça menos sujeitas a esforços, através das quais o polímero pode ser soprado com ar comprimido. Vale lembrar que o pó de nylon é um bom material mediador, portanto pode ser deixado na cavidade do produto em locais onde haverá (menor) atrito com outras peças. Para neutralizar o atrito mais severo que gera uma quantidade perceptível de calor, rolamentos deverão ser adicionados ao projeto.
Outras técnicas de engenharia permitem otimizar os parâmetros das peças acabadas.
Gotas – Se for preciso introduzir um ponto de conexão para componentes dentro de um canal (por exemplo, uma entrada de ar) – projete um nó aerodinâmico em forma de ‘gota’ que não obstrua o fluxo de ar, mas forneça resistência suficiente para a conexão.
Rolamentos Polimérios – Como já mencionado, o nylon é um mediador de fricção natural e, portanto, é adequado para imprimir rolamentos internos para peças que não serão submetidas a cargas e fricção prolongadas. No caso de cargas prolongadas que geram muito calor, é melhor prever no projeto uma porta de carregamento para chumaceiras cerâmicas.
Foles – A impressão SLS é adequada para criar juntas flexíveis do tipo fole. No entanto, as nuances tecnológicas dos materiais devem ser levadas em consideração. Por exemplo, o nylon não é muito bom a suportar múltiplos ciclos de flexão-deflexão, especialmente com alta amplitude. Para foles de impressão destinados a tais cargas, é melhor usar pós à base de polietileno. Outra nuance é que os foles redondos funcionam melhor quando podem distribuir uniformemente os pontos de aplicação da força de alongamento em todo o diâmetro da seção transversal. Qualquer desvio de uma forma arredondada levará a uma acumulação de tensão desigual. Nesse caso, é melhor projetar a estrutura de acordo com o princípio do “fole de Dir-dorff”, que consiste em uma série de retângulos alternados. No entanto, lembre-se de que uma junta com este perfil é mais sensível à concentração de tensões devido ao pequeno raio dos cantos.
Canais cegos – Os canais cegos representam um problema para a remoção do pó residual. A solução está na superfície – deixe-os cegos. Adicione um pequeno orifício com um diâmetro de mais de 2 mm na base, através do qual o excesso de polímero pode ser soprado.
Botões – Existem muitas abordagens para projetar botões integrados. No entanto, existem várias nuances gerais que devem ser levadas em consideração, independentemente do design escolhido. Em primeiro lugar, deixe um espaço de pelo menos 0,3 mm entre o botão e o orifício no qual ele se moverá para evitar a fusão acidental. Em segundo lugar, é melhor planear a posição final do botão para que esta seja mais alta do que inicialmente pretendida durante o projeto CAD. Isso ocorre porque as “molas” de nylon dos botões integrados tendem a deformar rapidamente (embora seja totalmente aceitável).
Células – O SLS é ótimo para imprimir uma infinidade de peças pequenas e complexas. Para evitar a perda dessas peças durante a desembalagem e pós-processamento, projete uma gaiola protetora fina em redor delas com barras de cerca de 1 mm de espessura e folgas de cerca de 5 mm.
Correntes multi-link – A geometria complexa das correntes e seu entrelaçamento oferece uma grande oportunidade para engenheiros e designers mostrarem sua criatividade. Conselho profissional: ao projetar uma corrente (ou entrelaçamento, como uma cota de malha impressa em 3D), defina a espessura do elo de base > 0,75 mm, deixe folgas entre os elos de mais de 0,5 mm e torne os elos poligonais tanto longitudinal quanto transversalmente. Isso reduzirá drasticamente o tamanho do arquivo STL e acelerará o processo de design. Quanto ao próprio tecido de cota de malha, dobre-o em várias camadas no CAD para reduzir o volume que ocupará na câmara de crescimento.
Molas – O aspecto mais importante do projeto de molas impressas em 3D é reforçar os pontos onde elas se conectam a outras peças. Adicione tanto plástico de ligação a esses pontos quanto o design da sua peça permitir. Tal como acontece com as molas (ponto “Botões”), a forma final que a mola acabada terá só ficará clara após vários ciclos de alongamento e compressão.
Estruturas e nervuras de reforço – A impressão SLS permite a criação de produtos altamente otimizados com incrível geometria e complexidade espacial. Para suportar e fortalecer tais construções, devem ser generosamente utilizados pórticos de reforço integrados à estrutura das peças. Nos métodos de fabricação tradicionais, a criação dessas estruturas é uma operação cara, mas o SLS elimina quaisquer custos adicionais associados à complexidade geométrica.
Vedação de conexões – Para garantir uma vedação confiável da conexão, crie um canal radial e duas portas para entrada e saída no modelo, conforme mostrado na figura. Após a montagem das peças, despeje uma resina epóxi bicomponente no canal e aspire através de uma bomba de vácuo. IMPORTANTE! A bomba deve operar somente em modo sucção e nunca em sopro. Caso contrário, é provável que a resina encontre o caminho de menor resistência e não preencha o canal completamente. Uma conexão vedada desta maneira não pode ser desmontada sem danificar as peças.
Dobradiças integradas – A impressão SLS e o pó de polímero são perfeitos para criar juntas esféricas axiais, compostas por elementos esféricos que se movem em ranhuras internas. Esta conexão é muito precisa e desenvolve baixo atrito com estabilidade muito alta. A única ressalva é deixar uma folga de 0,2 mm entre a parte esférica da junta e as paredes da ranhura para evitar fusão acidental. Também é recomendável estender o canal do sulco e trazê-lo para fora até o final da peça para remover o excesso de pó.
Dobradiças flexíveis – A tecnologia SLS não é ideal para criar juntas de dobradiça flexíveis. A razão é que tais dobradiças são originalmente projetadas e otimizadas para moldagem por injeção. No entanto, o comportamento do nylon usado no SLS difere daquele dos termoplásticos moldados – em particular, ele reage pior às cargas de deformação cíclica. No entanto, o SLS é adequado para dobradiças de impressão planeadas para serem dobradas apenas uma vez e depois mantidas fechadas. Neste caso, recomenda-se mergulhar todo o conjunto em água a ferver por 10 minutos para recozimento do nylon antes da deformação.
Treliças – As estruturas treliçadas são altamente atraentes do ponto de vista da engenharia, pois fornecem uma alta relação resistência-peso enquanto reduzem a massa. Elas também absorvem bem a energia e podem ser usadas para criar um isolamento térmico ou acústico eficaz. No entanto, projetar estruturas de treliça é um processo não trivial e trabalhoso, por isso recomendamos utilizar um software dedicado a essa finalidade.
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