7 errores que se deben evitar al diseñar piezas impresas en 3D
Mejore el diseño de las piezas y supere las dificultades que presenta la fabricación aditiva, por ejemplo, respetando el tamaño mínimo de los elementos y evitando que se deforme
Los diseñadores e ingenieros recurren cada vez más a las múltiples opciones de impresión 3D industrial que existen (lo que se conoce como fabricación aditiva) para obtener prototipos de alta calidad y piezas finales. En Protolabs, ofrecemos cinco métodos aditivos: sinterizado directo de metal por láser (DMLS), estereolitografía (SLA), sinterizado selectivo por láser (SLS), Multi Jet Fusion (MJF) y PolyJet.
Hemos pedido a nuestros ingenieros de aplicaciones que confeccionen una lista de los problemas más habituales que presentan los modelos CAD diseñados para la impresión 3D y cómo solucionarlos. Estos son los siete errores habituales que debe evitar para mejorar la fabricabilidad de los diseños de impresión 3D y acelerar la producción.
1. Evite elementos demasiado grandes o demasiado pequeños en determinados procesos o materiales
Esta es una cuestión importante, que afecta a diferentes métodos de fabricación aditiva. También se debe tener en cuenta que algunas geometrías permiten excepciones, por lo que no dude en ponerse en contacto con uno de nuestros ingenieros de aplicaciones si tiene alguna pregunta.
DMLS
En la impresión 3D de metal, en función del tipo de orientación, material y resolución, se deben cumplir unos valores de espesor de pared, lo que puede resultar complejo. El cromo cobalto, el titanio y el acero inoxidable requieren un espesor de pared de al menos 0,5 mm. En cambio, para el resto de los metales es de 1 mm.
Para otros metales, el tamaño mínimo absoluto de los elementos (para elemento positivos, es decir, los que son sólidos o densos) es un espesor de 0,2 mm - 0,3 mm con una altura de 0,5 mm. Este es el tamaño mínimo de los elementos que el láser generará. Esto no significa que todos los elementos diseñados con este espesor se formen o sobrevivan al posprocesado. Este valor mínimo se refiere a elementos bien diseñados que se encuadran en el plano de dibujo (x, y), como las paredes o los elementos verticales.
En cuanto al tamaño de los agujeros, dependerá de su profundidad y resolución. Normalmente, los agujeros de menos de 1 mm son susceptibles de cerrarse o de generarse con un tamaño más pequeño que el que aparece en el diseño. Para agujeros menores de 1 mm se aconseja la alta resolución.
Tamaño de los elementos |
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|---|---|---|---|
| DMLS | SLA | ||
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Tamaños mínimos: Elementos positivos |
Microrresolución: Alta resolución : |
Microrresolución: |
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Tamaños mínimos: Espacios negativos (agujeros, ranuras, canales, huecos) |
0.5mm |
Agujeros: Canales: Ranuras: |
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SLA
Por su precisión dimensional y alta calidad de superficie, la SLA es una opción adecuada para proyectos que requieren una alta fidelidad. De todos modos, la orientación tiene un papel importante en la formación de los elementos. Conocer los requisitos mínimos en función de la orientación de la construcción le ayudará a diseñar mejor las piezas para la fabricación aditiva.
Los agujeros con un diámetro inferior a 0,5 mm pueden cerrarse al fabricarse la pieza. Los canales internos deben ser de al menos 0,5 mm y las ranuras de 0,4 mm. Si un modelo requiere agujeros de menos de 0,5 mm, o una ranura de menos de 0,4 mm, una posibilidad es elegir nuestro material de microrresolución MicroFine™ verde o gris. En la SLA, ofrecemos tres resoluciones: normal, alta y micro (MR).
¿Cuál es el tamaño mínimo de los elementos en el caso de la SLA? La tecnología de la SLA proporciona una de las mejores resoluciones de elementos en la industria. Se pueden crear elementos con un tamaño mínimo de 0,07 mm en MR, 0,13 mm en AR, y 0,25 mm en RN. Esta resolución solo se puede obtener en el plano de dibujo (x, y), es decir, en elementos internos, paredes o grabados (piense en los micromoldes impresos en 3D). Los espesores de las paredes son diferentes en la dirección de construcción donde el tamaño mínimo de los elementos es 0,4 mm tanto en RN como en AR y de 0,2 mm en MR en el plano z. Tenga en cuenta que cuanto más largos o altos sean los elementos finos, más gruesos tendrán que ser para aguantar.
Nailon impreso en 3D
En cuanto a las piezas de nailon impresas en 3D, a continuación se enumeran tres cuestiones importantes que a menudo observamos y que se deben tener en cuenta en el modelo CAD. Entre las geometrías habituales que pueden causar problemas se encuentran los agujeros ciegos, roscas y zonas en las que los diámetros internos y los ángulos de inclinación están demasiado cerca de las paredes exteriores.
Espesor de pared: Se refiere al espesor en cualquier dirección de las paredes o geometrías de la pieza. El espesor de pared mínimo permitido es de 0,8 mm en SLS y de 0,5 mm en MJF.
Distancia de canal: Se refiere a la distancia entre dos elementos. Las distancias de canal se deben tener en cuenta al diseñar piezas de nailon para imprimir en 3D porque el proceso de sinterizado puede fundir dos elementos a la vez si no se tienen en cuenta. Recomendamos que el tamaño mínimo de las distancias de canal sea de 0,8 mm tanto para SLS como para MJF.
Borde afilado: Piense en un diseño que incluya un elemento interno, como un agujero escariado. La dimensión puede llegar a reducirse más allá del tamaño mínimo del elemento en el extremo distal del agujero. La consecuencia podría ser un elemento más corto o redondeado que no se forme correctamente.
2. Evite los archivos STL de baja resolución
En ocasiones, recibimos archivos STL de baja resolución, lo que ocasiona un facetado grueso (es decir, con la superficie parecida a una gema). La pieza se puede fabricar aunque se utilice un archivo de baja resolución con facetado grueso, pero esto puede repercutir en su aspecto estético. La mayoría de los programas de diseño CAD permiten ajustar la resolución de los archivos STL a la hora de exportarlos. Reducir la tolerancia suele tener el mayor efecto y mejora la resolución. Compruebe que los archivos STL tengan una resolución elevada (pero con un tamaño máximo de 100 MB para que se puedan cargar y manipular) o cargue un archivo STP/STEP que podamos convertir en STL.
Además de archivos STL, aceptamos archivos nativos de SolidWorks (.sldprt) o ProE (.prt), así como modelos de CAD 3D sólidos de otros sistemas CAD con formato IGES (.igs), STEP (.stp), ACIS (.sat) o Parasolid (.x_t o .x_b).
3. Evite el alabeo en las piezas de SLS y MJF
Los procesos de impresión en polvo como el SLS y MJF utilizan el calor para sinterizar el polvo y formar una pieza sólida. El calor que permite construir las piezas también puede deformarlas. El tamaño de las piezas y el espesor total son los factores que pueden provocar que la deformación sea mayor. Cuanto más grande sea la pieza (a partir de 200 mm las dificultades aumentan mucho), mayor es la probabilidad de que se deforme. Cuanto más delgada es una pieza y más se acerca al tamaño mínimo de los elementos, más probable es que se deforme. Si le preocupa que la deformación pueda provocarle un problema en el diseño, tenga en cuenta estas cuatro opciones:
- Cree la pieza con un espesor uniforme de unos 3 mm para garantizar la estabilidad.
- Elija un nailon relleno de fibra de vidrio o minerales, como el material PA 12 con un 40 % de fibra de vidrio (materiales de SLS).
- Si su pieza mide más de 200 mm y le preocupa que se deforme, otra opción es utilizar un material de nailon sin relleno en nuestra máquina de SLS de gran tamaño, con un espacio ampliado de 676 mm x 367 mm x 564 mm.
- 4. Una última opción es imprimir la pieza en nuestras máquinas de estereolitografía (SLA) de mayor formato, con un espacio ampliado de hasta 736 mm x 635 mm x 533 mm.
4. Evite la contracción diferencial en el SLS y MJF
Al igual que ocurre con el alabeo, la contracción diferencial se puede producir en piezas en las que la distribución del material no es uniforme. Cuando un lado es mucho más grueso que el resto de la pieza, esta se enfría a diferentes velocidades. Las zonas más gruesas se enfriarán mucho más lentamente que las delgadas, y esto puede provocar que la pieza se encoja.
5. Evite que las piezas de DMLS tengan salientes de gran tamaño
La impresión 3D en metal presenta algunas dificultades propias a la hora de diseñar las piezas, y uno de los problemas que suele aparecer tiene relación con los salientes. A diferencia de los ángulos autoportantes, que aportan una suave pendiente al diseño de una pieza, los salientes son cambios abruptos en la geometría. En comparación con otras tecnologías de impresión 3D, como la estereolitografía y el sinterizado selectivo por láser, el uso de salientes en el DMLS tiene bastantes limitaciones. Cualquier saliente de más de 0,8 mm debe tener un soporte adicional para evitar daños en la pieza. Cuando se diseñan salientes es prudente no sobrepasar los límites, ya que si los salientes son de gran tamaño se pueden reducir los detalles de la pieza o, peor aún, toda la construcción puede venirse abajo. Eche un vistazo a esta reciente sugerencia de diseño sobre impresión 3D en metal, en la que se explica cómo crear piezas de metal complejas, duraderas y ligeras con DMLS.
6. Elija el material adecuado para crear piezas con la SLA
Las máquinas de SLA de hoy en día utilizan diferentes materiales similares a los termoplásticos, con varias opciones que imitan el polipropileno, el ABS y el policarbonato. Sin embargo, debemos hacer hincapié en el adjetivo «similares». Esta es una distinción importante, porque las propiedades mecánicas de los materiales para SLA solo imitan las de los materiales usados en el moldeo. Las piezas de SLA no ofrecen la misma resistencia y durabilidad que las piezas sinterizadas, fundidas, mecanizadas o moldeadas. Aun así, la SLA sigue siendo una excelente opción para crear piezas de prototipos de calidad que permitan validar la forma y el ajuste (pero no necesariamente la función). Encontrará más información en la sugerencia de diseño sobre los materiales de SLA y en la guía de selección de materiales para la impresión 3D. Además, los ingenieros de aplicaciones de Protolabs pueden guiarle durante la selección del material y el proceso de fabricación.
7. Asegúrese de que a las piezas elastoméricas impresas en 3D se les pueda aplicar el sobremoldeo
Por último, se aconseja tener precaución con los elastómeros para la impresión 3D. En PolyJet se utiliza un tipo especial de fotopolímero líquido «pulverizable» con una dureza que se puede modificar sobre la marcha durante la construcción. Este proceso hace que se pueda utilizar para crear prototipos de piezas a las que en algún momento se aplicará el sobremoldeo, como un mango suave y de fácil agarre para una herramienta eléctrica, o una cubierta impermeable con juntas para la carcasa de un instrumento científico. Además, se pueden utilizar fotopolímeros digitales en color blanco, negro y translucido/transparente.
Por ello, si necesita validar el diseño de una pieza sobremoldeada, posiblemente esta sea una buena manera de empezar. De todos modos, para ir sobre seguro, es recomendable contactar con uno de nuestros ingenieros de aplicaciones para confirmar que la pieza impresa en 3D también se pueda utilizar en el moldeo. Algunos diseñadores dedican mucho tiempo a diseñar una pieza concreta y luego descubren que no se puede fabricar en serie de manera económica. Encontrará más información en nuestra sugerencia de diseño sobre elastómeros y en la página de servicios de sobremoldeo y moldeo por inserción.
En esta sugerencia de diseño hemos hablado sobre muchos aspectos de la impresión 3D, pero, si todavía tiene preguntas, no dude en contactar con nosotros llamando al +34 932 711 332 o escribiendo un mensaje a [email protected].