Princípios de projeto para impressão 3D e uma coletânea de dicas práticas

• Ao criar peças funcionais com FDM/FFF, é preciso tomar decisões diferentes das do projeto para manufatura convencional, e o ponto central é projetar a geometria equilibrando resistência, tolerância, imprimibilidade e custo
• O ambiente de referência é uma impressora FFF comum com bico de 0,4 mm e altura de camada de 0,2 mm, buscando um projeto portável que não dependa do ajuste fino de um equipamento específico
• A resistência é mais influenciada por orientação de impressão, cascas externas, seções transversais grandes e filetes — ou seja, pelo caminho por onde a carga flui e pela distribuição de material na superfície — do que por infill de 100%
• Tolerâncias e qualidade de superfície são muito afetadas pela escolha da geometria, e para furos horizontais, furos verticais e encaixes por interferência, vale considerar formatos de gota, teto plano, furos hexagonais ou quadrados e crush ribs em vez de insistir em formas circulares
• Para reduzir a remoção de suportes e o tempo de montagem, é preciso projetar desde o início divisão de peças, camadas sacrificiais, bridging sequencial, integração de funções, além de heat-set insert, porcas embutidas e hardware incorporado

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Escopo do projeto e premissas básicas

• O foco é impressão FDM/FFF, e muitas das regras foram definidas com base nas limitações desse processo, portanto não se aplicam diretamente a outros métodos de manufatura aditiva
• O foco está em peças funcionais, mais do que na aparência
  • Devem ter boas propriedades mecânicas
  • Devem ser fáceis de imprimir
  • Não devem exigir muito ajuste fino da impressora
  • Devem gerar pouco pós-processamento e pouco desperdício de material em produção em volume
• O objetivo do projeto é equilibrar esforço, método de fabricação e custo
  • Ajustar a geometria às forças que precisam ser transmitidas ou suportadas
  • Reduzir a dificuldade de impressão com pequenas mudanças de forma
  • Diminuir o consumo de material e o tempo de impressão
• Enquanto desenvolvedores de impressoras e slicers tentam imprimir melhor todo tipo de geometria possível, o projetista ajusta a geometria da peça para que ela funcione bem no processo de fabricação atual
• Modelos para compartilhamento devem buscar um portable design que possa ser impresso facilmente até em impressoras baratas, em vez de depender de tolerâncias apertadas de uma impressora avançada específica

Perfil de impressora de referência

• Os valores numéricos recomendados têm como base o seguinte perfil padrão de impressora
  • bico de 0,4 mm
  • altura de camada de 0,2 mm
  • sem grandes desvios dimensionais causados por erro na configuração de steps/mm, e com skew entre eixos em nível desprezível
  • velocidade de impressão razoavelmente ajustada, embora ainda possam existir artefatos como leve overshoot e ringing
  • bridging em distâncias razoáveis é estável
  • overhangs são bem impressos
  • a adesão à mesa não é um problema, desde que a geometria não seja extrema
• Essa premissa serve para manter um projeto portável sem presumir desempenho excessivo do equipamento

Projeto de resistência da peça

• Como peças FFF têm interior parcialmente oco e são formadas em camadas, elas se comportam de forma diferente de um bloco homogêneo de plástico
• Por causa do processo em camadas, elas apresentam anisotropia, com propriedades mecânicas diferentes conforme a direção

• Orientação de impressão e carga

  • A regra mais importante é posicionar a peça de modo que a força de tração fique paralela ao plano de impressão
  • A peça impressa é muito mais fraca sob tração na direção que separa as camadas
  • Em testes da My Tech Fun, a resistência pode ser cerca de 3 vezes maior na orientação ideal
  • Como a flexão também gera tração em parte da seção, o momento fletor também deve ser alinhado paralelamente ao plano de impressão
  • Geometrias que se dobram repetidamente, como clips, quebram com facilidade se a orientação estiver errada
  • Ao compartilhar modelos em plataformas como o Printables, é recomendável publicar o arquivo na orientação correta de impressão para que o usuário possa imprimir direto

• Quando uma única orientação não resolve

  • Em peças complexas, se não houver uma orientação ideal para todas as cargas, a peça pode ser dividida em várias partes
  • Cada parte é impressa separadamente na orientação mais adequada
  • Juntas como dovetail joint imprimem bem em várias orientações e são úteis para montagem

• Superfície e seção transversal importam mais que o infill

  • Infill de 100% pode aumentar a resistência, mas não é eficiente
  • Boa parte do material extra não contribui para a resistência e apenas aumenta o tempo de impressão e o consumo de material
  • Muitas peças recebem momento fletor em vez de tração ou compressão puras, e a tensão é maior perto da superfície, longe do eixo neutro
  • Em impressão 3D, aumentar o número de perimeters/shells tende a ser mais eficaz para resistência do que elevar a taxa de infill
  • O projeto deve fazer a força fluir pelo caminho mais curto e reto possível
  • Cantos vivos concentram tensão, e filetes favorecem a resistência por tornarem o caminho da força mais direto
  • No projeto mecânico tradicional, reduz-se a área da seção para economizar material e peso, mas na impressão 3D o interior costuma ser majoritariamente vazio, então aumentar a seção pode não elevar muito o consumo de material
  • Como a área superficial tem mais impacto no uso de material, uma seção quadrada com as mesmas dimensões externas que uma viga I pode ser tão resistente quanto ou até mais, além de permitir melhor tempo de impressão

• Simulação e impressões de teste

  • Como peças FFF são heterogêneas por causa de shell e infill, é difícil calcular com realismo a carga limite usando simulação tradicional de resistência
  • A análise de tensões pode servir para identificar áreas que merecem atenção, mas não é adequada para obter cargas-limite precisas
  • Como o custo de protótipos em impressão 3D é baixo, pode ser mais vantajoso imprimir algumas peças reais para verificar as propriedades mecânicas
  • Ajustar a precisão dimensional apenas com impressões de teste exige cuidado, pois depende de uma impressora específica e das configurações do slicer
  • topology optimization pode ser útil em outros tipos de manufatura aditiva, mas com as ferramentas atuais é difícil gerar formas realmente ideais para FFF, e muitas vezes elas também não imprimem bem

Tolerâncias e qualidade de superfície

• Escolha entre chamfer e fillet

  • Para arestas paralelas ao plano de impressão, chamfer é mais adequado
  • O fillet pode criar um overhang muito acentuado no início, e fillets na parte superior destacam o efeito de degraus das camadas, piorando a qualidade da superfície
  • O chamfer cria um ângulo de overhang constante, gerando degraus de camada mais consistentes
  • Para arestas perpendiculares ao plano de impressão, fillet é mais adequado
  • Como o cabeçote de impressão não precisa contornar cantos muito agudos, reduzem-se artefatos de superfície como ringing e overshoot
  • O chamfer cria dois cantos agudos, o que pode ser ruim para tolerância e aparência

• Furos e seam

  • Furos circulares horizontais tendem a ter um overhang muito acentuado na parte superior, o que aumenta os problemas
  • Furos pequenos funcionam bem com formato de gota de 90°, e furos grandes podem ter a parte superior feita como um roof plano
  • Como a bridge pode ceder um pouco, é preciso deixar folga extra abaixo do roof
  • Furos circulares verticais podem ter tolerâncias instáveis por causa da perimeter seam
  • Artefatos de seam podem criar uma saliência na faixa de 0,4 mm, mesmo quando o restante da circunferência fica dentro de menos de 0,1 mm
  • Se a seam ficar concentrada em um único ponto, a linha central do furo também pode se deslocar
  • Furos verticais podem ser feitos em formato de gota com cantos de 120° para que a seam não interfira na parte funcional circular
  • Se outra parte funcional for sensível à seam, pode-se adicionar um pequeno notch para dar ao slicer o canto mais agudo onde esconder a seam

• Tolerâncias FFF esperadas

  • Em vez de especificar a tolerância que uma impressora específica deve atingir, o projetista deve aceitar as tolerâncias do processo de fabricação e projetar de acordo com elas
  • Parte-se do princípio de que a impressora está bem calibrada
  • Configurações incorretas de steps/mm criam um erro proporcional constante nas dimensões de cada eixo, e o projeto não deve compensar isso
  • A resolução teórica de passo das impressoras modernas é de cerca de 0,01 mm, mas na prática outros fatores pesam mais no erro dimensional real
  • Cantos agudos exigem grande aceleração do cabeçote de impressão e podem piorar as tolerâncias
  • Em impressoras FFF populares com bico de 0,4 mm e altura de camada de 0,2 mm, uma referência segura é considerar desvios de cerca de ±0,1 mm por superfície
  • Em trajetórias circulares, o efeito de o bico arrastar o cordão extrudado tende a diminuir o círculo
  • Em furos circulares internos, deve-se esperar desvio no sentido de ficarem menores, e diâmetros circulares externos também podem diminuir, embora menos do que os internos
  • Em dimensões grandes, warping e shrinkage durante o resfriamento tornam-se mais importantes do que a tolerância da própria impressora
  • O warping depende muito do material e diminui em formas volumosas, com arestas menos agudas e superfícies suaves e arredondadas
  • A forma ideal é a esférica

• Quando é preciso precisão

  • A goldilocks approach de encontrar por testes a dimensão CAD que encaixa exatamente pode produzir tolerâncias muito boas graças à alta repetibilidade
  • A desvantagem é a forte dependência de uma impressora específica e das configurações do slicer, o que reduz a portabilidade do projeto
  • Se não for possível fazer com precisão, uma alternativa é tornar ajustável
  • Um oblong hole permite ajustar a posição empurrando com o parafuso, mas microajustes abaixo de 1 mm são difíceis
  • Um opposing screw é bom para pequenos ajustes de altura, mas exige acesso pelos dois lados e torna o ajuste trabalhoso
  • Um grub screw trabalhando contra uma spring ou flexure facilita o ajuste em ambas as direções
  • Uma spring steel shim é adequada para pequenos ajustes pouco frequentes, mas shims impressos em 3D podem ter a precisão prejudicada por defeitos de superfície em pequenas alturas

• engineering fit e encaixe por interferência

  • Sistemas tradicionais de ajuste como ISO 286 são úteis quando é possível usinar com tolerâncias específicas, mas em impressão 3D na maioria dos casos não podem ser usados diretamente
  • Se for realmente necessário um ajuste muito apertado, pode-se fazer reaming no furo e obter um ajuste posterior como H6 fit, mas o esforço é grande se não for estritamente necessário
  • Para clearance fit, basta deixar a folga entre duas peças maior que o dobro da tolerância da impressora
  • Em interference fit, a força de montagem varia muito conforme a tolerância e, no pior caso, a união pode quebrar
  • Para furos de encaixe por pressão, furos hexagonais ou quadrados são mais tolerantes do que os circulares
  • A forma circular exige aumentar toda a circunferência, o que facilita danos ao material, enquanto formas hexagonais e quadradas podem acomodar diâmetros maiores por flexão e ainda esconder a seam nos cantos
  • Para encaixes por pressão de diâmetro grande, pode-se usar crush rib
  • Durante a montagem, a rib sofre deformação plástica e absorve a tolerância, e é mais fácil limitar a força deformando uma rib menor do que toda a área de contato
  • O crush rib é adequado para press fit montado uma única vez, e a força de fixação cai bastante em remontagens
  • Como exemplo, bons resultados foram obtidos com crush rib 0,2 mm menor e bore 0,4 mm maior
  • Para press fit que precisa ser montado repetidamente, grip fin com deformação elástica é mais adequado

Otimização do processo de impressão

• Reduzindo support material

  • O support material é a estrutura de apoio usada para imprimir formas suspensas no ar, mas traz pós-processamento para remoção, desperdício extra de material e piora nas tolerâncias e na qualidade de superfície das áreas apoiadas
  • A prioridade é alterar a geometria ainda na fase de projeto para que support não seja necessário
  • A orientação de impressão afeta fortemente não só a resistência, mas também a necessidade de support
  • A orientação favorável à resistência pode entrar em conflito com a orientação que evita support
  • Se uma forma retangular for impressa inclinada cerca de 45° em vez de alinhada aos eixos da impressora, é possível evitar bridges longas ou support e obter qualidade de superfície mais uniforme
  • Nesse caso, a estabilidade da impressão pode piorar, então pode ser necessário usar brim

• Divisão de peças e overhangs internos

  • Se não for possível evitar support em nenhuma orientação, pode valer a pena considerar dividir a peça em várias partes
  • Isso é um compromisso entre o pós-processamento do support e a complexidade de montagem
  • Em projetos únicos ou de pequeno volume, uma montagem um pouco mais complexa pode ser justificável
  • Um upside-down counterbore não funciona diretamente com bridge por causa do furo central, e se for usado support ele será difícil de remover de dentro do furo
  • A camada sacrificial consiste em fechar todo o furo com uma bridge da espessura de uma camada para sustentar o pequeno furo superior e, depois da impressão, removê-la com faca ou broca
  • O truque do overhanging counterbore é uma forma de resolver o counterbore sem pós-processamento
    • cortar o counterbore até a profundidade desejada
    • em uma camada, deixar apenas as bridges laterais evitando o inner hole
    • na camada seguinte, deixar apenas bridges na direção perpendicular
    • depois disso, imprimir o inner hole circular sobre as pequenas bridges
  • Esse método também tem limites quando o diâmetro aumenta

• Bridging sequencial e minimização da área de superfície

  • O sequential bridging, em que uma bridge é construída sobre outra, permite criar formas complexas sem support
  • O microscópio OpenFlexure é um exemplo de uso extensivo dessa técnica
  • Em bridges grandes, é melhor acumular algumas camadas para garantir resistência e tempo de resfriamento antes de colocar a estrutura logo acima
  • A prática tradicional de adicionar cutouts para economizar material pode, na impressão 3D, aumentar o uso de material e o tempo de impressão
  • Como muito material é usado na superfície, deve-se preferir formas com menor área superficial, mais espessas e mais volumosas

• Aderência à mesa e produção em volume

  • Em produção em volume, é preciso ajustar a área de contato com a mesa
  • Se ela for pequena demais, a peça pode tombar durante a impressão; se for grande demais, a remoção depois da impressão fica difícil
  • Em vez de brim, é possível incorporar mouse ear diretamente na geometria CAD
  • O mouse ear pode reduzir problemas de aderência à mesa, elimina a necessidade de adicioná-lo depois no slicer e também pode reduzir o trabalho de pós-processamento

Integração de funções

• Vantagens e desvantagens da integração de funções

  • A integração de funções é uma abordagem de projeto em que uma única peça executa o maior número possível de funções, reduzindo a quantidade de componentes
  • A impressão 3D se adapta bem à integração de funções, porque a complexidade geométrica não se reflete fortemente no custo de fabricação
  • Colocar todas as funções em uma única peça pode limitar a escolha da orientação de impressão e piorar resistência, tolerâncias e liberdade geométrica
  • Em projetos iterativos, é preciso reimprimir um modelo grande toda vez, e em caso de falha pode ser necessário substituir uma peça maior
  • Também é possível optar por manter algumas funções em peças separadas para facilitar prototipagem ou reparo

• zip tie channel e flexure

  • Adicionar um pequeno zip tie channel à superfície da peça permite fixar cabos ou fios
  • O zip tie channel deve considerar a orientação de impressão; se os perímetros ficarem numa direção em que não façam bridge sobre o channel, ele enfraquece e a bridge pode se romper
  • flexure é um elemento de projeto que integra movimento aproveitando a elasticidade da peça
  • Por exigir formas finas, é adequado para impressão 3D
  • Para movimentos grandes, um flexure fino costuma ser melhor que um flexure espesso, e a força pode ser aumentada empilhando vários flexures finos em paralelo
  • O deslocamento pode ser ampliado aumentando o comprimento ou adotando um formato de serpentina
  • O flexure deve ser projetado para não sofrer deformação plástica durante o uso, e é preciso usar um hard stop para evitar movimento excessivo e quebra

• clip, living hinge, print-in-place

  • O clip permite unir peças sem componentes de fixação adicionais, por isso também é muito usado em projetos para impressão 3D
  • No projeto de clips, é importante equilibrar deslocamento, força de retenção, tamanho da geometria e orientação de impressão
  • Clips criados atravessando as camadas podem ser muito fracos
  • Em muitos casos, é melhor reduzir o movimento e manter a fixação pela força
  • Um form-locking clip deve oferecer espaço para soltura com uma ferramenta como uma screwdriver
  • living hinge é uma dobradiça que se move pela deformação do plástico, e não por rotação em um eixo separado
  • Para que uma sheet plástica fina se deforme de forma estável, a hinge deve ficar plana sobre a mesa de impressão, e uma living hinge feita com bridge layer não tem bom desempenho
  • Um mecanismo print-in-place é uma forma de imprimir de uma vez, sem montagem, várias peças que se encaixam entre si
  • Também permite criar juntas que não poderiam ser montadas depois da impressão, mas a complexidade do projeto é alta e, como a orientação fica fixa, é difícil evitar support e projetar a resistência
  • É possível adicionar uma break-away surface para sustentar geometrias suspensas
  • Uma folga de cerca de 0,3 mm entre features encaixadas parece ser imprimível na maioria das impressoras atuais

Elementos mecânicos além do plástico

• Fixação com parafusos

  • A fixação com parafusos em peças plásticas impressas em 3D funciona de forma diferente da fixação em metal
  • Em juntas metal-metal, o alongamento do parafuso gera preload, mas em termoplásticos impressos em 3D a peça é muito menos rígida que o parafuso, então a compressão do plástico responde pela maior parte do preload
  • Ao tentar atingir o preload necessário, pode-se chegar rapidamente ao limite de escoamento da peça impressa e causar deformação
  • Para cargas estáticas, isso costuma ser suficiente, mas para cargas dinâmicas como vibração ou impacto pode ser necessário usar screw locking
    • lock nut
    • threadlocking adhesive
  • É recomendável projetar parafusos tão longos quanto possível
  • Parafusos longos facilitam que a peça receba preload de compressão em vez de tração e, como exigem mais voltas para apertar em excesso, reduzem a chance de overtighten acidental

• Escolha de thread em peças impressas

  • É possível fazer roscas em peças impressas usando thread tap
  • Esse método é adequado para projetos rápidos e juntas com baixa reutilização, mas roscas plásticas se danificam facilmente com overtightening e não são ideais para montagem repetida
  • Threads grandes, M8 ou maiores, também podem ser modeladas no CAD e impressas, embora a qualidade nem sempre seja boa
  • rib thread forming combina o conceito de crush rib com parafusos padrão
  • O parafuso deforma a rib e cria sua própria thread, sendo adequado para threads de baixa reutilização sem pós-processamento
  • heat-set threaded insert é uma forma de inserir uma thread metálica forte e reutilizável na peça
  • É mais resistente que uma thread plástica, não se danifica com tanta facilidade por overtightening e suporta bem montagens repetidas
  • Pode não ser fácil de usar com confiabilidade em estruturas onde o parafuso é inserido pelo lado traseiro
  • embedded nut é uma alternativa barata que encaixa uma porca padrão na peça impressa
  • Funciona bem em through-joints com parafusos longos e pode ser inserida por um sideface cutout ou um backface hex pocket
  • A porca pode escapar durante a montagem; também é possível inseri-la no meio da impressão e enclausurá-la, mas isso aumenta a complexidade da impressão e da montagem
  • Na maioria dos casos, a resistência da rosca excede os requisitos do projeto, e outros fatores tendem a ser mais importantes

• dowel pin e embedded hardware

  • O dowel pin é um elemento padrão da engenharia mecânica tradicional para posicionar peças com precisão e repetibilidade
  • Na impressão 3D, essa precisão é menos necessária por causa das tolerâncias, e também é difícil obter o engineering fit exigido para o encaixe do pino, então seu uso é mais limitado
  • Quando necessário, furo hexagonal, crush rib e pós-processamento podem ser alternativas
  • A inserção de hardware durante a impressão funciona na seguinte sequência
    • deixar uma cavity no projeto para acomodar a peça
    • definir no slicer uma pausa imediatamente antes da camada acima da cavity
    • inserir o hardware durante a pausa
    • retomar a impressão para prender o hardware no interior
  • Entre os exemplos estão um Modern Gridfinity Case com uma sheet transparente de PETG, trapped fastener, magnet e metal mesh
  • O embedded hardware pode evitar juntas adicionais ou outros meios de fixação, mas em geral tem a desvantagem de ser difícil remover ou substituir sem destruir a peça

• Imprimir sobre tecido

  • Integrar fabric à peça impressa permite criar componentes flexíveis, usados em wearable ou cosplay
  • O método mais comum é pausar a impressão após cerca de 2 a 3 camadas, cobrir as camadas iniciais com tulle fabric e depois retomar a impressão
  • À medida que as novas camadas se fundem com as inferiores, cada parte impressa fica presa ao fabric
  • A flexibilidade do resultado pode ser ajustada pela disposição e pela forma das geometrias sólidas impressas

Aparência e projeto de superfície

• Formas complexas e shadow line

  • Na impressão 3D, adicionar formas de superfície complexas não aumenta muito o custo de fabricação; o principal custo extra fica no tempo de projeto
  • Desde que as restrições de overhang e support sejam respeitadas, não há motivo para ficar preso às formas tradicionais de peças funcionais baseadas em linhas retas e ângulos de 90 graus
  • Formas complexas ou orgânicas são úteis não só pela estética, mas também para o projeto ergonômico
  • É possível criar uma shadow line na aresta onde duas peças se encontram
  • Superfícies em contato direto tendem a mostrar um seam irregular por causa de defeitos de superfície
  • Se for criado um gap grande e constante, escondendo o contato mecânico real atrás de um pequeno lip, a aparência fica mais uniforme
  • Se for necessária proteção contra poeira, pode-se adicionar um lip interno e formar algo como um labyrinth seal
  • Mesmo em peças que se encaixam com ângulo, como uma lid e uma box, é possível criar uma shadow line usando offset constante e alignment rib interna

• surface texture e texto

  • As superfícies verticais na impressão 3D destacam bastante as linhas de camada
  • Print beds especiais, como textured steel sheet, podem melhorar a textura da face inferior, mas isso só se aplica a uma face da peça
  • Para deixar todas as faces com aparência mais uniforme, a peça pode ser girada na diagonal em relação à print bed
  • fuzzy skin é um recurso que adiciona irregularidade ao perímetro de cada layer para deixar as linhas de camada menos evidentes
  • Quando bem ajustado, também melhora o toque, por isso é muito usado em grip e handle
  • É fácil adicionar texto ou símbolos a peças impressas
  • Em projetos grandes, imprimir o part number e o revision index ajuda a reduzir confusões
  • Para texto, engraving produz resultado mais limpo do que embossing, e a diferença aumenta conforme o tamanho da letra diminui
  • Quando o texto é posicionado perpendicularmente à face de impressão, ele é impresso como parte das perimeter lines e atinge o melhor nível de detalhe
  • A maioria das impressoras consegue imprimir texto sem problemas com stroke width mínimo de 0,6 mm e profundidade de engraving de 0,5 mm

Projeto para vase mode

• O vase mode imprime uma casca oca com uma única perimeter line e deposita o filamento em espiral, elevando lentamente a altura em Z em vez de trabalhar com camadas individuais
• As vantagens são as seguintes
  • 100% do tempo de impressão é usado em extrusão
  • Não há seam entre camadas individuais
  • A impressora não para, então não surgem problemas de stringing
  • Usa pouco plástico para expressar a forma da peça, então é rápido
  • O consumo de filamento diminui, permitindo criar peças leves
• A desvantagem é que, sem suporte interno, a peça se torna muito instável
• Na resistência de peças em vase mode, a forma da superfície é o fator mais importante
  • Superfícies planas ou que se curvam em apenas uma direção são as mais fracas
  • Formas complexas podem apresentar maior resistência
• beading pattern é um padrão que torna mais rígidas as peças de material em chapa fina e pode ser usado para aumentar a rigidez de peças em vase mode
• Também é possível ver o vase mode como uma forma de controlar com precisão o caminho de extrusão da impressora
  • É possível criar formas que não parecem peças típicas de vase mode, como a stackable tray de FPacheco
  • A vantagem de 100% do tempo de impressão do vase mode é mantida
  • Em peças produzidas em grande volume, isso pode ter impacto significativo

Como aplicar as regras

• Essas regras de projeto podem ser usadas como bons padrões iniciais, mas não são leis
• Dependendo da situação, outras escolhas podem ser melhores, e o projetista deve decidir considerando carga, tolerância, imprimibilidade, montagem, reparo e custo em conjunto
• Se houver interesse suficiente, existe até a ideia de evoluir isso para um livro open-source em que várias pessoas possam adicionar e revisar regras

[judy002626]

Entre os materiais que vi, acho que este realmente está entre os que trazem informações avançadas de altíssimo nível. Fico muito feliz de poder ver um conteúdo assim em coreano.

No caso de parafusos, infelizmente ainda sou iniciante, então tenho usado um método passado mais pela experiência prática de pessoas ao meu redor: em vez de fazer a rosca separadamente, crio um pino cilíndrico cerca de 0,4 mm mais estreito que o diâmetro do parafuso e aplico um chanfro curto de alto ângulo na entrada. O que você acha disso?

Por exemplo, no caso de um M3, estou usando um furo de 2,6 mm com um chanfro de 80° e 0,3 mm de comprimento na entrada. No SLA, estou deixando a espessura da parede do pino em 2 mm ou mais e, no FDM, embora eu não conheça bem as especificações de quem imprimiu para mim, também foi possível fazer.

Não são peças que recebam alta carga mecânica ou exijam grande resistência; são mais próximas de uma fixação simples. Ainda assim, vendo que continuaram intactas mesmo depois de cair algumas vezes, achei que funcionaram surpreendentemente bem.🤔

[1206good]

Se não for uma peça que precise ser desmontada e montada continuamente, acho que, na prática, não há problema em simplesmente rosquear um parafuso em uma coluna simples, desde que se tome cuidado com o problema de separação dependendo da orientação das camadas.

Quando é necessário desmontar e montar repetidamente, acho melhor usar insertos do que imprimir a peça já com a rosca.

Na aba de opiniões,
"Como método para fazer roscas diretamente em peças impressas, parafusos para madeira são eficazes

Parafusos para madeira conseguem criar a própria rosca mesmo sem macho
Ao imprimir em PETG, a resistência é suficiente, mas PLA pode rachar em furos paralelos às camadas"
é uma parte com a qual concordo.

[GN⁺]

Opiniões do Hacker News

• Excelente texto. Vai muito além do nível médio das peças publicadas no Thingiverse ou no Printables, mas as boas peças acabam seguindo ideias parecidas
  Orelhas de mouse, furos por encaixe por pressão e alinhamento gradual por camada para criar pontes que parecem impossíveis são especialmente bons
  No Fusion 360, tudo isso provavelmente seria projetado no modo “plastics”, e é interessante que esse modo não se importe nem um pouco se a peça será impressa ou feita em molde
  Em PCBs já vi verificações rígidas de regras de projeto, e também já vi macros para chapas metálicas, mas ainda não vi em CAD mecânico geral um caso de suporte a projeto consciente da produção, que limita o design de acordo com as restrições de equipamentos padrão

  • Estou trabalhando em algo próximo de um motor CAD que limita o projeto àquilo que pode ser usinado dentro do alcance de equipamentos padrão. A abordagem é modelar peças apenas por corte baseado em ferramentas
    https://github.com/WillAdams/gcodepreview
    A ferramenta necessária é https://pythonscad.org/, e até agora consegui implementar a maior parte do que tentei
    Estou finalizando um módulo de encaixes que deve permitir criar praticamente qualquer estrutura de madeira, e metais não parecem ser muito diferentes. Há algum tempo também fiz, como prova de conceito, um programa de corte de roscas
  • Até onde sei, hoje não existe esse tipo de motor CAD. Tenho pensado em algo como uma bancada do FreeCAD com fatiamento integrado, para permitir aplicar uma técnica específica de impressão a uma geometria específica da peça
    Ainda não está claro como isso seria na prática nem como entraria no fluxo de trabalho
  • CAD tem vários recursos que ajudam engenheiros de projeto a avaliar a fabricabilidade. No Fusion, no painel Inspect, há ferramentas de análise que destacam áreas com draft insuficiente para desmoldagem ou regiões difíceis ou impossíveis de acessar com uma ferramenta de fresamento
    Com as extensões adequadas, também é possível definir regras de projeto no estilo EDA para peças de moldagem por injeção
    Também existem vários softwares dedicados à análise de projeto para moldagem por injeção, mas o preço fica muito longe do usuário amador
  • Analisei essa área e, do ponto de vista de um projetista mecânico, nem tenho certeza se é um objetivo desejável. Os benefícios aparecem principalmente em pequenos detalhes, como se o tamanho do furo combina com a rosca desejada ou se, em uma peça de chapa metálica, um furo está perto demais da linha de dobra
    Mas o projeto final de peças 3D é não determinístico demais, e os métodos de fabricação são muito variados e específicos, então isso pode acabar criando mais problemas do que benefícios
  • Existem ferramentas de DFM para usar nas etapas finais do processo de projeto, por meio de empresas como Fictiv ou Protolabs. Só que há muitas geometrias que são “tecnicamente usináveis”, mas na prática ficam muito mais caras
    O engenheiro precisa entender como a peça será fabricada; se não souber, deve conversar com um mecânico/usinador e equilibrar a complexidade do projeto com os requisitos de engenharia

• Texto impressionante. Repito: realmente impressionante
  Mexo com impressoras 3D há 7 anos e, durante a pandemia, montei uma em casa por conta própria. Alguns dos temas explicados aqui eu já tinha descoberto na prática, e a maioria das pessoas com experiência em impressão 3D provavelmente aprendeu assim também
  Mas pesquisar, organizar e explicar tudo isso nesse nível é realmente incrível. Além disso, o texto aborda muitos assuntos que eu ainda preciso aprender

• Texto fantástico. Resume de forma limpa vários truques aprendidos ao longo de anos
  Outro truque útil para reduzir o material das impressões é simplesmente não imprimir a superfície. A maior parte da massa de uma impressão fica concentrada na casca; portanto, se as superfícies superior ou inferior não forem importantes para a função da peça, você pode remover uma delas
  O slicer ainda pode preencher o volume cercado por essas superfícies com uma estrutura de preenchimento, e, usando padrões planos como retilíneo, hexagonal ou triangular, o resultado também fica bem bonito. Funciona especialmente bem em peças em geral planas
  Uso diariamente duas peças de TPU impressas desse modo: uma capa de celular [0] e uma tira de alívio de pressão para fones de ouvido [1]
  [0] https://www.printables.com/model/615154-google-pixel-8-case
  [1] https://www.printables.com/model/577575-hifiman-comfort-stra...

• É o melhor texto sobre impressão 3D que apareceu no HN nos últimos anos
  Muitas das considerações de projeto descritas aqui são classificadas como mecanismos flexíveis
  https://en.wikipedia.org/wiki/Compliant_mechanism
  https://www.youtube.com/results?search_query=compliant+mecha...

• Dicas excelentes. Também ajuda o fato de que, desde a chegada da Bambu, ferramentas como slicers e impressoras da família CoreXY elevaram tanto a usabilidade que a área toda está caminhando para um clima de é só mandar imprimir
  Isso tem tido um impacto positivo na adoção, na criação de modelos e no ecossistema como um todo
  Projeto muitas peças no Fusion 360 e imprimo há quase 10 anos, e ainda assim tirei algumas boas dicas daqui
  Um item importante que eu definitivamente acrescentaria aqui é a escolha do filamento. Filamentos modernos como PC-CF, ou seja, policarbonato reforçado com fibra de carbono, são incrivelmente versáteis em impressões e peças reais
  Em uma impressora de consumo mais avançada, embora seja necessário um cabeçote de impressão capaz de chegar a cerca de 300°C e um bico de aço endurecido, ainda é relativamente fácil de imprimir. Há muitos filamentos além do PLA padrão, e eles se destacam em vários aspectos sem tornar o custo de impressão 10 vezes maior
  Os slicers também estão ficando bem melhores, com muito trabalho sendo feito para melhorar qualidade de impressão, velocidade e resistência das peças
  Também é bom ver o cnckitchen mencionado várias vezes. É uma ótima fonte para acompanhar e aprender seriamente sobre as novas tendências da impressão 3D e análises com pouca parcialidade
  A qualidade dos modelos no Printables e no Thingiverse também está melhorando muito, e é animador ver crescer o número de dispositivos que podem ser baixados e simplesmente impressos, sem peças externas, funcionando por completo — isto é, impressões no lugar e peças impressas em uma única vez
  Quando a IA generativa passar a entender modelagem de objetos e princípios de CAD, acho que os modelos de peças funcionais vão explodir em quantidade, assim como modelos parametrizados tendem a se popularizar mais

  • Migrei de uma Creality Ender 5 Plus para uma Bambu e, embora a Bambu tenha mostrado recentemente um pouco de arrogância, ainda gosto do hardware
    Ao usá-la, percebi que na Ender eu estava sempre mexendo na impressora e quase nunca imprimia de fato
    Na Bambu, não precisei de ajustes manuais além de mudar o nível de qualidade desejado. Uma vez, em uma ponte muito longa, as configurações padrão ficaram boas, mas eu queria que aderisse melhor, então fiz alguns testes e ajustei finamente

• Sobre a parte de “para projetar rapidamente uma junta de baixa frequência de reutilização, faça rosca na peça impressa com um macho”, descobri que parafusos para madeira funcionam bem. Mesmo sem usar macho, parafusos para madeira conseguem formar a própria rosca
  Porém isso coloca um pouco de tensão na peça. Imprimo principalmente em PETG e isso é resistente o bastante, mas no PLA a peça pode rachar se o furo estiver paralelo às camadas
  Para a limitação de que “insertos roscados são difíceis de usar de forma confiável quando se insere o parafuso pelo lado de trás”, há um truque que uso às vezes
  Antes de colocar o inserto, encaixe primeiro o parafuso pelo lado de trás, rosqueie o inserto no parafuso que ficou saliente e então use um ferro de solda para inserir o inserto junto com o parafuso no plástico
  Como o parafuso está preenchendo o furo, o plástico derretido não consegue obstruí-lo. Em vez disso, o plástico derretido se forma ao redor do parafuso e funciona como uma porca Nyloc

  • Se você não tiver macho, dá para criar rapidamente roscas termomoldadas na peça. Para parafusos M3~M4, normalmente imprima um furo 0,2~0,4 mm menor, de modo que precise de um pouco de força para entrar, e então use uma furadeira/parafusadeira sem fio para inserir rapidamente o parafuso até o fim
    O calor de atrito deve ser suficiente para derreter o plástico e formar o contorno ao redor do parafuso. Depois é só esperar esfriar e remover o parafuso
  • Pela minha experiência, parafusos de máquina pequenos, por exemplo M3, também conseguem formar a própria rosca em furos do tamanho certo, e funcionam bem o bastante para algumas remontagens
    Dito isso, raramente projeto pensando em portabilidade; costumo fazer algumas impressões de teste para encontrar o tamanho de furo adequado à minha impressora
  • Parafusos próprios para corte em plástico também são muito bons para esse uso. O passo da rosca é maior e o espaçamento é mais amplo, mas não são tão profundos quanto parafusos para madeira
    Na Small Parts ou na Amazon, as opções em pequenas quantidades abaixo de 1000 unidades podem ser fracas, mas desde o ano passado a Bambu começou a vender pacotes pequenos por preços razoáveis

• Sei que a comunidade do HN critica bastante a Bambu Labs, mas a minha Bambu Labs P1S é absurdamente boa. É tão fácil de usar que imprimo umas 100 vezes mais do que na época da Ender
  Graças a isso, também acabei aprendendo Fusion 360, e neste exato momento estou imprimindo um droide para as crianças pintarem

  • A Ender não foi uma experiência muito boa. Entendo que, na época, o preço era bom, mas pela minha experiência e pelo que vi online, ela era bem exigente
    Quem gostava de mexer na própria impressora gostava dela e a recomendava. Isso porque fazer o equipamento funcionar de forma estável virou uma habilidade à parte dentro da impressão 3D. É um problema diferente das considerações de design tratadas no texto
    Ouvi dizer que a Bambu é muito melhor. Eu uso uma Raise3D E2 da era da Ender e ela é muito estável. O preço é um patamar acima, mas não exige manutenção; funcionava quando era nova e continua simplesmente funcionando
  • Parece que muitos leitores aqui estão comparando só Bambu e Ender, mas essas não são as únicas opções. Se você quer uma impressora com recursos e confiabilidade parecidos e que não fique telefonando para casa, vale olhar a Prusa
    Foi de onde a Bambu bifurcou boa parte do software e, depois das atualizações recentes, ela ficou igualmente fácil de usar, além de ser muito estável e fácil de manter
    Recentemente eles também passaram a fabricar nos EUA, e parece que já dá para comprar a Core ONE feita nos EUA. Considerando as tarifas, em breve ela pode até ficar mais barata do que uma Bambu equivalente
    Alguns vão reclamar que em todo texto sobre impressão 3D aparece um fanboy da Prusa, mas existe motivo para a empresa gerar esse tipo de apego. Imprimi milhares de horas com a MK4(S) sem nenhum problema, e também é bem legal eles oferecerem kits de upgrade para transformar a impressora no próximo modelo novo
  • Conheço duas pessoas que têm impressoras 3D exatamente desse modelo, e ambas ficam paradas com frequência por semanas por causa de algum defeito. Ou porque o dono não tem habilidade para diagnosticar e consertar, ou porque não quer pagar o preço absurdo de peças de reposição proprietárias, ou ambos
    Já a minha Ender 5 está sempre rodando, e nunca ficou parada mais do que um ou dois dias esperando uma peça de reposição da Amazon que custa de alguns centavos a, no máximo, uns 20 dólares
    Não acho que a Bambu faça impressoras instáveis. Pelo contrário: no geral são máquinas excelentes e muito mais confiáveis que as da Creality
    Mas elas parecem carros esportivos. São produtos mais voltados para quem quer algo rápido e vistoso e está disposto a resolver problemas com dinheiro, ou para o perfil técnico que não se importa em levar para a pista e fazer a própria manutenção
    O problema é que as impressoras da Bambu são divulgadas e recomendadas como boas para iniciantes. É verdade que elas facilitam a entrada de pessoas não técnicas na impressão 3D, mas acho que, no fim, a maioria vai se frustrar com a falta de customização permitida ou com o tempo, esforço e custo necessários para diagnosticar e consertar problemas quando eles aparecerem
  • A Bambu Lab faz boas impressoras e foi uma das primeiras empresas a propor, com a X1C, uma impressora 3D clique e imprima a um preço que consumidores poderiam pagar
    O problema é que agora ela está fechando o ecossistema, e não dá para saber para onde isso vai
    Além disso, comparar uma impressora moderna com uma Ender antiga é muito injusto. O certo é comparar tecnologias atuais semelhantes
  • Perdi a parte de por que as pessoas não gostam. Qual é o motivo?

• Comecei na impressão 3D há cerca de 10 anos, com as primeiras máquinas Taz, e aquela experiência me deixou completamente exausto
  Avançando para um mês atrás, comprei uma Prusa Core One e gostei tanto que acabei comprando também uma XL de 5 toolheads. É muito divertido usar uma impressora que “simplesmente funciona”
  Na semana passada, terminei uma impressão de 6 dias: https://www.reddit.com/r/prusa3d/comments/1kb3p0w/xl_full_be...

• Texto incrível, aprendi muito. Como leitura complementar, acho Structures, de J. E. Gordon, excelente
  Ele me ajudou a entender muitos dos conceitos de projeto mecânico necessários para esse tipo de trabalho
  [0]: https://archive.org/details/StructuresOrWhyThingsDontFallDow...

• Antigamente era preciso ter muito mais cuidado com cantos vivos
  Ao imprimir cantos vivos, o hotend precisa desacelerar até parar e então acelerar na nova direção. Durante esse tempo, um pouco mais de plástico vaza pelo bico
  Fazer cantos arredondados suaviza essa transição
  Hoje em dia, as impressoras geralmente têm pressure advance, então isso ficou bem menos importante

  • Pressure advance existe há pelo menos 10 anos e muita gente já usava
    Acho que o maior ganho nas impressoras baratas modernas é o input shaping e o ajuste de ressonância. Isso permitiu usar acelerações e velocidades mais altas mesmo em equipamentos mecanicamente menos robustos
    Em seguida vem a redução das opções de fatiador e a imposição do uso de filamentos da marca. Quando você elimina opções, fica mais fácil criar perfis de fatiamento repetíveis. Eu uso há quase 10 anos o mesmo perfil básico de fatiador com filamento Atomic
    Na minha oficina, ainda não uso pressure advance nem input shaping. Em vez disso, construo máquinas com estruturas muito rígidas
    Pelo que observei, quanto mais rígidos são o chassi e o sistema de acionamento, menor é o benefício do input shaping. Minha impressora atual tem cerca de 10 anos, mas continua sólida
    Ela usa acionamento por fuso, então não é tão rápida quanto uma CoreXY, mas a qualidade de impressão é boa e ela tem um volume cúbico de 320 mm. Mesmo sem pressure advance ou outros recursos mágicos, imprimo PLA a 100 mm/s e faço deslocamentos a 150–200 mm/s, e o extrusor também é relativamente pesado