As peças impressas em 3D podem ser melhoradas através da utilização de juntas de ligação & peças interligadas dentro do design, mas podem ser difíceis de imprimir dimensionalmente em 3D. Depois de ter algumas falhas na impressão 3D destas peças, decidi escrever um artigo sobre como imprimi-las correctamente em 3D.

Para imprimir em 3D juntas de ligação & peças entrelaçadas, deve certificar-se de que a sua impressora está calibrada correctamente para que não esteja a extrudir a menos ou a mais, permitindo uma melhor precisão dimensional. Pretende deixar uma quantidade adequada de espaço e folga entre as duas peças. Use a tentativa e erro para obter melhores resultados.

Além disso, para imprimir estas peças com êxito, também terá de seguir algumas dicas de design importantes se estiver a criar estes modelos por si próprio.

Esta é a resposta básica sobre como imprimir em 3D articulações e peças de ligação, mas existem mais informações e dicas de design que serão úteis neste artigo. Por isso, continue a ler para saber mais.

O que são as articulações?

Para explicar melhor o que são as juntas, vamos pegar nesta definição do trabalho em madeira. As articulações são um local onde duas ou mais partes são unidas para formar um objecto maior e mais complexo.

Embora esta definição seja do trabalho em madeira, continua a ser válida para a impressão 3D, uma vez que utilizamos juntas na impressão 3D para unir duas ou mais peças e criar um objecto maior com uma funcionalidade mais complexa.

Por exemplo, pode utilizar as juntas como ponto de ligação para montar várias peças numa montagem, ou para unir peças demasiado grandes para serem impressas na sua mesa de impressão 3D como um único objecto.

Pode até utilizá-las como meio de permitir algum movimento entre duas partes rígidas. Assim, pode ver que as juntas são uma óptima forma de alargar os seus horizontes criativos na impressão 3D.

Que tipos de juntas impressas em 3D existem?

Graças aos artistas 3D que continuam a alargar os limites do design, existem muitos tipos de articulações que podem ser impressas em 3D.

Podemos dividi-las livremente em duas categorias: as juntas de encaixe e as juntas de interbloqueio.

Juntas de interligação

As uniões de encaixe são populares não só no trabalho da madeira e na impressão 3D, mas também na cantaria. Estas uniões dependem da força de fricção entre duas peças encaixadas para manter a união.

A concepção de uma junta de encaixe requer uma saliência numa parte e uma ranhura na outra parte, onde a saliência se encaixa.

A força de fricção entre as duas partes mantém a junta no lugar, reduzindo normalmente o movimento entre as duas partes, de modo a que a ligação seja estanque.

Caixa de junção

A junta em caixa é uma das juntas de encaixe mais simples. Uma parte tem uma série de saliências em forma de dedos em forma de caixa na sua extremidade. Na outra parte, existem recessos ou orifícios em forma de caixa para as saliências encaixarem.

Abaixo está um óptimo exemplo de uma junta de caixa interligada que seria muito difícil de desmontar.

Junta em cauda de andorinha

A junta Dovetail é uma ligeira variação da junta de caixa. Em vez de saliências em forma de caixa, o seu perfil tem mais a forma de uma cunha semelhante à cauda de uma pomba. As saliências em forma de cunha oferecem um melhor e mais apertado encaixe devido ao aumento da fricção.

Aqui está uma junta de encaixe em acção com a Impossible Dovetail Box do Thingiverse.

Juntas de lingueta e ranhura

A junta de lingueta e ranhura é outra variação da junta em caixa. Podemos utilizar esta junta para ligações que necessitem de um mecanismo de deslizamento e outros movimentos numa direcção.

Os perfis dos seus pontos de ligação são idênticos aos das uniões em caixa ou em cauda de andorinha, mas neste caso os perfis são mais alargados, dando às peças de encaixe uma relativa liberdade de deslizamento entre si.

Pode encontrar uma excelente implementação destas articulações nas muito populares gavetas hexagonais modulares chamadas The HIVE.

Como se pode ver, os compartimentos cor-de-laranja deslizam dentro dos recipientes brancos, produzindo uma junta de lingueta e ranhura que tem uma finalidade para necessitar dos movimentos direccionais.

Faz sentido imprimir em 3D peças deslizantes para determinados designs, por isso depende realmente do projecto e da operação como um todo.

Juntas de encaixe

As juntas de encaixe são uma das melhores opções de ligação para plásticos ou objectos impressos em 3D.

São formados por encaixe ou dobragem das peças correspondentes numa posição em que são mantidas no lugar pela interferência entre elementos de encravamento.

Por isso, é necessário conceber estas características de encravamento de modo a serem suficientemente flexíveis para suportar o esforço de dobragem, mas, por outro lado, também devem ser suficientemente rígidas para manter a articulação no lugar depois de ligar as peças.

Encaixes de encaixe cantilever

O encaixe de cantilever utiliza um conector em gancho na extremidade de uma viga fina de uma das peças. Aperta-se ou desvia-se e insere-se no espaço criado para o fixar.

Esta outra parte tem uma reentrância na qual o conector em gancho desliza e se encaixa para criar a junta. Assim que o conector em gancho desliza para dentro da cavidade, recupera a sua forma original, garantindo um encaixe perfeito.

Um exemplo disto são muitos projectos de encaixe que se vêem no Thingiverse, como o Modular Snap-Fit Airship, que tem as peças concebidas de forma a poderem ser encaixadas no lugar em vez de ser necessário colá-las.

O vídeo abaixo mostra um excelente tutorial sobre a criação de caixas de encaixe fácil no Fusion 360.

Encaixes anulares

As juntas de encaixe anulares são normalmente utilizadas em peças com perfis circulares. Por exemplo, um componente pode ter uma crista saliente na sua circunferência, enquanto a sua peça correspondente tem uma ranhura cortada na sua borda.

Quando se pressionam as duas partes durante a montagem, uma parte desvia-se e alarga-se até a crista encontrar a ranhura. Quando a crista encontra a ranhura, a parte que se desvia volta ao seu tamanho original e a junta fica completa.

Exemplos de juntas de encaixe anular incluem juntas esféricas e de encaixe, tampas de canetas, etc.

O vídeo abaixo é um exemplo de como funciona uma junta esférica.

Encaixes de torção

Estes tipos de juntas de encaixe utilizam a flexibilidade dos plásticos e funcionam de forma semelhante a um trinco. Um conector em gancho com uma extremidade livre mantém as duas partes unidas ao encaixar numa saliência da outra parte.

Para libertar esta junta, pode pressionar a extremidade livre do conector em gancho. Outros tipos notáveis de ligações e juntas que pode imprimir em 3D incluem dobradiças, juntas de parafusos, juntas de calhas, etc.

O Maker's Muse explica como conceber dobradiças para impressão 3D.

Como é que se imprimem juntas e peças de ligação em 3D?

De um modo geral, é possível imprimir articulações e peças em 3D de duas formas:

• Impressão no local (juntas cativas)
• Impressão separada

Vamos analisar melhor estes métodos.

Impressão no local

A impressão no local envolve a impressão de todas as peças e articulações ligadas no seu estado montado. Tal como o nome "articulações cativas" indica, estas peças estão unidas desde o início e a maioria não é amovível.

Pode imprimir em 3D juntas de ligação e peças no lugar utilizando um pequeno espaço entre os componentes. O espaço entre eles torna as camadas entre as peças na junta fracas.

Assim, após a impressão, pode facilmente torcer e partir as camadas para obter uma junta totalmente móvel. Pode conceber e imprimir dobradiças, juntas esféricas, juntas esféricas e de encaixe, juntas de parafuso, etc., utilizando este método.

Pode ver este design na prática no vídeo abaixo. Já fiz alguns modelos com este design e funciona muito bem.

Numa secção posterior, falarei mais sobre como conceber juntas no local.

Também é possível imprimi-las utilizando estruturas de suporte solúveis. Após a impressão, é possível remover as estruturas de suporte utilizando a solução adequada.

Impressão separada

Este método envolve a impressão individual de todas as peças do conjunto e a sua posterior montagem. O método separado é normalmente mais fácil de implementar do que o método de impressão no local.

Este método pode ser utilizado para juntas de torção, cantilever e algumas juntas anulares de encaixe.

No entanto, não tem a liberdade de concepção que o método de impressão no local oferece. A utilização deste método também aumenta o tempo de impressão e o tempo de montagem.

Na próxima secção, veremos como conceber e implementar correctamente estes dois métodos de impressão de juntas.

Sugestões para impressão 3D de peças e juntas de ligação

A impressão de juntas e peças de ligação pode ser bastante complicada, pelo que reuni algumas dicas e truques para o ajudar a tornar o processo mais fácil.

Uma impressão 3D bem sucedida depende tanto do design como da impressora. Por isso, vou dividir as dicas em duas secções; uma para o design e outra para a impressora.

Vamos lá a isso.

Conselhos de concepção para a ligação de juntas e peças interligadas

Seleccionar a folga correcta

A folga é o espaço entre as peças que se encaixam e é vital, especialmente se estiver a imprimir as peças no local.

A maioria dos utilizadores experientes recomenda uma folga de 0,3 mm para começar. No entanto, pode experimentar entre 0,2 mm e 0,6 mm para encontrar o que funciona melhor para si.

Uma boa regra geral é utilizar como folga o dobro da espessura da camada com que está a imprimir.

No entanto, se estiver a imprimir uma peça como uma junta esférica ou uma dobradiça que exija um movimento relativo, deve utilizar a tolerância adequada.

A selecção de uma folga adequada tem em conta a tolerância do material e garante que todas as peças se encaixam correctamente após a impressão.

Utilizar filetes e chanfros

Os conectores compridos e finos nas uniões de encaixe em cantilever e de torção são frequentemente sujeitos a grandes tensões durante a união. Devido à pressão, os cantos afiados na sua base ou cabeça podem frequentemente servir como pontos de inflamação ou pontos focais para fissuras e fracturas.

Assim, é uma boa prática de concepção eliminar estes cantos afiados utilizando filetes e chanfros. Além disso, estes cantos arredondados proporcionam uma melhor resistência contra fissuras e fracturas.

Conectores de impressão com 100% de enchimento

Como já referi anteriormente, os conectores ou clips em algumas juntas sofrem grandes tensões durante o processo de união. Imprimi-los com 100% de enchimento confere-lhes maior resistência e resiliência para suportar estas forças. Alguns materiais são também mais flexíveis do que outros, como o Nylon ou o PETG.

Utilizar uma largura adequada para os clipes de ligação

Aumentar o tamanho destes clipes na direcção Z ajuda a aumentar a rigidez e a resistência da junta. Os seus conectores devem ter uma espessura mínima de 5 mm para obter os melhores resultados.

Não se esqueça de verificar as folgas ao selar

Ao aumentar ou diminuir a escala de um modelo, os valores de folga também se alteram, o que pode resultar num ajuste demasiado apertado ou demasiado solto.

Assim, depois de dimensionar um modelo 3D para impressão, verifique e reponha a folga nos seus valores correctos.

Sugestões para impressão 3D de juntas de ligação e peças interligadas

Seguem-se algumas sugestões sobre como configurar e calibrar a sua impressora para obter a melhor experiência de impressão.

Verificar a tolerância da sua impressora

Diferentes impressoras 3D têm diferentes níveis de tolerância, o que, naturalmente, influencia o tamanho da folga que escolherá no seu projecto.

Além disso, a definição de calibração da impressora e o tipo de materiais utilizados durante a impressão também determinam a tolerância e o ajuste finais das peças.

Por isso, para evitar maus ajustes, recomendo que imprima um modelo de teste de tolerância (Thingiverse). Com este modelo, poderá determinar a tolerância da sua impressora e ajustar o seu desenho em conformidade.

Também podes obter o Makers Muse Tolerance Test no Gumroad, como mostra o vídeo abaixo.

Recomendo que consulte o meu artigo sobre Como calibrar a sua extrusora E-Steps & Caudal na perfeição para o colocar no caminho certo.

Imprimir e testar as juntas primeiro

Imprimir juntas de ligação é bastante difícil e, por vezes, pode ser frustrante. Por isso, para evitar perder tempo e materiais, imprima e teste primeiro as juntas antes de imprimir o modelo completo.

Nesta situação, a utilização de uma impressão de teste permite-lhe testar as tolerâncias e ajustá-las em conformidade antes de imprimir o modelo final. Pode ser uma boa ideia reduzir a escala para testar se o ficheiro original for muito grande.

Utilizar a direcção de construção correcta

A direcção da camada determina, em grande medida, a resistência das peças impressas por FDM.

Para obter os melhores resultados, imprima as camadas dos conectores paralelamente à junta. Assim, em vez de construir os conectores verticalmente para cima, construa-os horizontalmente ao longo da placa de construção.

Para ter uma ideia das diferenças de resistência que ocorrem com a orientação, pode ver o vídeo que imprime em 3D parafusos e roscas em diferentes direcções.

Espero que este artigo o ajude a imprimir a junta perfeita e a expandir o seu leque criativo.

Boa sorte e boa impressão!