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Especial impresión 3D: Vol#1 – Normas básicas de diseño para impresión 3D

Especial impresión 3D: Vol#1 – Normas básicas de diseño para impresión 3D

Normas básicas de diseño para impresión 3D

Especial impresión 3D: Vol#1 – Normas básicas de diseño para impresión 3D

La tecnología aditiva ha revolucionado el sector de la fabricación permitiendo crear piezas con un menor coste, más fiables y fáciles de fabricar, por lo que aporta una libertad muy grande en el diseño. Para poder extraer todo el potencial que ofrece la tecnología aditiva, es importante seguir unas recomendaciones de diseño, dado que las metodologías de diseño tradicionales para fabricación, por ejemplo, con CNC, no se pueden utilizar. Estas recomendaciones de diseño se engloban dentro de la metodología “Diseño para fabricación aditivaImpresión 3D”.

  1. Evitar ángulos rectos o esquinas de 90 grados cuando sea posible
  2. Si hay varios cuerpos en un mismo modelo, no pueden intersecarse entre sí.
  3. El modelo debe ser un sólido cerrado, no puede contener huecos.
  4. Todos los elementos del modelo deben de tener un espesor mínimo.
  5. Se debe tener en cuenta que una pieza con detalles muy pequeños se podrá o no fabricar dependiendo de la tecnología de impresión.
  6. El tamaño de la pieza deberá ser menor que el volumen de impresión.
  7. Se deberá tener en cuenta el espaciado entre varios cuerpos.
  8. Evitar en la medida de lo posible partes colgantes.
  9. Vaciar las piezas para reducir su coste.
  10. Orientar la pieza para soportar cargas.
  11. El tamaño del archivo en formato STL.
  12. Tener una base plana.
  13. Tamaño de los nervios y soportes.
  14. Crear agujeros y roscas antes de fabricar la pieza.

 

1.- Evitar ángulos rectos o esquinas de 90 grados cuando sea posible.

Como en cualquier diseño, es importante evitar lo ángulos rectos o esquinas de 90 grados, dado que estos son concentradores de tensiones. Además, en la impresión 3D en los ángulos rectos aparece el efecto warping, que tiende a levantar las esquinas de la pieza de la base, provocando deformaciones. Para solucionar este problema basta con aplicar redondeos en las esquinas, o incorporar a la base de la pieza pequeños discos o una falda con el fin de asegurar una mayor superficie de contacto.

 

pieza con warping

Pieza con warping

 

 

2.- Si hay varios cuerpos en un mismo modelo, no pueden intersecarse entre sí.

Cuando hay varios cuerpos en un mismo modelo (utilizando las opciones multicuerpo), estos deben combinarse entre sí, con el fin de evitar intersecciones.

 

Pieza con cuerpos intersecados

Pieza con cuerpos intersecados

 

En esta ilustración se puede apreciar como las partes negras de la pieza intersecan con las partes rojas de la pieza, lo que puede provocar problemas cuando se exporte a formato STL.

 

3.- El modelo debe ser un sólido cerrado, no puede contener huecos.

Si se trabaja con superficies, estas deben crear un cuerpo cerrado, de lo contrario no se podrá fabricar, dado que las superficies no tienen ningún espesor.

4.- Todos los elementos del modelo deben de tener un grosor mínimo.

Aunque esto varía dependiendo del tipo de material a utilizar, se estima que el mínimo grosor que deberá tener una pared es de 0.8 mm. Un grosor de pared menor que este valor implicará que no se podrá imprimir el material, o que no tendrá la solidez necesaria.

 

 

5.- Detalles pequeños

Dependiendo del tipo de tecnología de fabricación, los detalles pequeños no se podrán reproducir. Generalmente, una extrusión o un vaciado de 0.3 mm o inferior no se podrá fabricar.

 

 

6.- El tamaño de la pieza menor que el volumen de impresión.

Esta es una limitación impuesta también por la tecnología de impresión. Antes de diseñar la pieza hay que consultar que tipo de tecnología se utilizará para fabricarla, y conocer así las dimensiones del volumen de impresión, dado que la pieza deberá estar contenida en el mismo. Normalmente, una impresora 3D tipo FDM casera tiene un volumen de impresión de 220x200x240 mm.

 

 

7.- Se deberá tener en cuenta el espaciado entre varios cuerpos

Para piezas que tengan movimiento entre sí, debido al calentamiento del material durante su fabricación, es necesario dejar un espacio entre cuerpos que están conectados para evitar que estén “soldados” de forma accidental.

En el caso de piezas plásticas, el espaciado debe ser superior a 0.5 mm.

 

 

En la imagen se observa que hay una distancia de 0.5 mm en el reborde existente entre la tapa roja y la caja de color azul, permitiendo así su posterior encaje en caso de fabricarse con una impresora 3D.

 

8.- Evitar en la medida de lo posible partes colgantes

A diferencia de la fabricación CAM, que se basa en la sustracción de material, la fabricación aditiva se basa en fabricar piezas mediante la adición de material, por lo que se asemeja a la construcción de una casa, en la que se necesitan pilares de sustentación para sujetar las partes superiores y prevenir descuelgues.

En la fabricación aditiva, hay un punto límite que es una pared con una inclinación mayor a 45°, a partir de la cual se necesitará material de apoyo.

 

 

Se debe intentar incluir la menor cantidad de material de apoyo, dado que incrementa el tiempo de impresión, a la vez que reduce la calidad de esta, porque crea pequeñas imperfecciones en los puntos de apoyo.

 

 

Otra posibilidad para evitar el uso de soportes consiste en reorientar la pieza en la plataforma de impresión para reducir la cantidad de material de soporte.

 

9.- Vaciar las piezas para reducir su coste

Siempre y cuando sea posible, se recomienda vaciar las piezas para aligerar su peso y también su coste, siempre y cuando no se vea comprometida su resistencia mecánica.

 

10.- Orientar la pieza para soportar las cargas

Si la pieza diseñada va a tener que resistir cargas a tracción, será necesario tener en cuenta su posicionamiento en la plataforma de impresión y por tanto su diseño.

Como una impresora 3D fabrica piezas aplicando capa tras capa un material, si la fuerza está aplicada en dirección perpendicular a las capas, la pieza sufrirá una delaminación.

Sin embargo, si la pieza se reorienta para que la fuerza sea en la misma dirección que las capas, esta tendrá una mayor resistencia.

En esta imagen las líneas negras representan la dirección de las capas. Es importante indicar que la impresión 3D genera piezas anisotrópicas, es decir, piezas cuya resistencia a esfuerzos varía en función de la dirección de aplicación.

 

 

11.- El tamaño del archivo en formato STL

Los programas de impresión 3D suelen trabajar con formatos neutros, y uno de los más comunes en este campo es el formato STL. Este formato de archivos crea los cuerpos mediante una malla de triángulos y su interior es hueco. A medida que el cuerpo contiene más triángulos, más se aproxima a la pieza diseñada, pero también aumenta el tamaño del archivo y como consecuencia son necesarios más recursos para procesar estos archivos.

En caso contrario, si se dispone un archivo con una baja resolución, se obtendrá un modelo con muchos ángulos.

 

 

Se estima que como máximo el tamaño del archivo no debe exceder los 50 Mb. Si se supera este tamaño, es posible que el archivo no pueda abrirse con los programas de impresión 3D. Por otro lado, se estará otorgando al modelo una resolución muy superior a la que la impresora puede alcanzar, por lo que siempre es recomendable ajustar el tamaño del archivo STL.

12.- Tener una base plana

Si es posible, se debería disponer de una base plana para tener una superficie de apoyo mayor y por tanto conseguir una mejor estabilidad y calidad de impresión.

 

13.- Tamaño de los nervios y soportes

Para obtener la pieza impresa tal y como se ha diseñado, es aconsejable que los nervios tengan un tamaño mínimo. En caso de ser nervios cilíndricos, el tamaño mínimo debe ser de 3mm. Si por el contrario se opta por un nervio rectangular, el tamaño mínimo aconsejado es 2.5 x 2.5 mm.

 

14.- Crear agujeros y roscas antes de fabricar la pieza

Dado que las piezas fabricadas mediante tecnología aditiva internamente tienen una malla de relleno interior para disminuir la cantidad de material a utilizar y seguir aportando la rigidez necesaria. Por lo tanto, si se desea realizar una operación de postprocesado en la pieza, se dañará y esta quedará inservible.

 

 

En caso de que la pieza deba contener agujeros, agujeros roscados y roscas, éstas se deben incluir en el diseño de la pieza para que se impriman. En el caso de los agujeros roscados y las roscas, será necesario crear la rosca física en la pieza.

 

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