Embora a impressão 3D produza modelos bastante pormenorizados que parecem quase idênticos à imagem CAD, a precisão dimensional e a tolerância não são perfeitamente idênticas. Trata-se de algo chamado retracção, que acontece nas impressões 3D e que provavelmente nem se nota.

Pensei na quantidade de encolhimento que ocorre nas impressões 3D, uma questão ideal para quem quer criar objectos funcionais que exigem tolerâncias apertadas, por isso decidi descobrir e partilhar convosco.

Neste artigo, iremos abordar o que é a retracção, qual a probabilidade de as suas impressões 3D encolherem e algumas boas compensações de retracção a utilizar.

O que é a retracção na impressão 3D?

A contracção na impressão 3D é a redução do tamanho do modelo final devido às alterações de temperatura do termoplástico fundido para as camadas de material extrudido arrefecido.

Durante a impressão, a extrusora funde o filamento de impressão para criar o modelo 3D e o material expande-se durante este processo. Quando as camadas começam a arrefecer logo após a extrusão, o material aumenta de densidade, mas reduz de tamanho.

A maioria das pessoas não se apercebe de que isto está a acontecer até ter um modelo que requer um pouco mais de precisão dimensional.

A retracção não é um problema quando se imprimem modelos estéticos como obras de arte, vasos e brinquedos. Quando começamos a passar para objectos que têm tolerâncias apertadas, como uma caixa de telemóvel ou um suporte para ligar objectos, a retracção torna-se um problema a resolver.

Ocorre em quase todos os processos de impressão 3D devido às variações de temperatura envolvidas, mas a taxa a que ocorre varia em função de alguns factores.

Estes factores são o material utilizado, a temperatura, a tecnologia de impressão e o tempo de cura das impressões em resina.

De todos estes factores, talvez o factor mais importante que afecta o encolhimento seja o material utilizado.

O tipo de material utilizado terá influência no grau de contracção do modelo.

A temperatura de impressão e as velocidades de arrefecimento também são factores importantes. O encolhimento pode ocorrer se o modelo for impresso a uma temperatura elevada ou arrefecido demasiado depressa, o que significa que os plásticos a temperaturas mais elevadas têm maior probabilidade de encolher.

O arrefecimento rápido e desigual pode mesmo levar a deformações, o que pode danificar o modelo ou arruinar completamente a impressão. A maioria de nós já experimentou estas deformações, quer sejam causadas por correntes de ar ou apenas por uma sala muito fria.

Uma coisa que me ajudou com o empeno e que implementei recentemente foi a utilização de um tapete de isolamento de cama aquecido HAWKUNG debaixo do meu Ender 3. Não só ajuda com o empeno, como também acelera os tempos de aquecimento e mantém uma temperatura de cama mais consistente.

Finalmente, o tipo de tecnologia de impressão utilizada também determina o grau de contracção encontrado no modelo. As tecnologias mais baratas, como a FDM, não podem normalmente ser utilizadas para fabricar peças de alta qualidade com tolerâncias apertadas.

As tecnologias SLS e de jacto de metal justificam o seu elevado preço produzindo modelos precisos.

Felizmente, existem muitas formas de ter em conta a contracção, permitindo-nos produzir peças dimensionalmente precisas sem grandes problemas, embora seja necessário conhecer as técnicas correctas.

Quanto é que as impressões em ABS, PLA e PETG encolhem?

Tal como mencionámos anteriormente, a taxa de retracção depende muito do tipo de material utilizado, variando de material para material. Vejamos três dos materiais de impressão 3D mais utilizados e como resistem à retracção:

PLA

O PLA é um material orgânico e biodegradável também utilizado nas impressoras FDM. É um dos materiais mais populares utilizados na impressão 3D porque é fácil de imprimir e também não é tóxico.

O PLA sofre de pouco encolhimento, ouvindo taxas de encolhimento entre 0,2% e 3%, uma vez que é um termoplástico de temperatura mais baixa.

Os filamentos PLA não precisam de altas temperaturas para serem extrudados, a temperatura de impressão é de cerca de 190°C, que é menor do que a do ABS.

O encolhimento do PLA também pode ser reduzido através da impressão num ambiente fechado ou simplesmente aumentando a escala do modelo para compensar o encolhimento.

Isto funciona porque reduz as mudanças rápidas de temperatura e reduz a tensão física no modelo.

Penso que estas taxas de encolhimento dependem da marca e do processo de fabrico, e até da cor do próprio filamento. Algumas pessoas descobriram que as cores mais escuras tendem a encolher mais do que as cores mais claras.

ABS

O ABS é um material de impressão à base de petróleo utilizado em impressoras FDM. É muito utilizado devido à sua elevada força, resistência ao calor e versatilidade. Pode ser encontrado em tudo, desde capas de telemóvel a Legos.

O ABS tem uma taxa de encolhimento muito elevada, por isso, se precisar de impressões 3D dimensionalmente exactas, tentaria evitar utilizá-lo. Já vi pessoas comentarem taxas de encolhimento entre 0,8% e 8%.

Estou certo de que se trata de casos extremos e que seria possível reduzir esse valor com a configuração correcta, mas é um bom exemplo para ilustrar a gravidade do encolhimento.

Uma das principais formas de reduzir o encolhimento é imprimir com as temperaturas correctas da cama aquecida.

A utilização de uma cama aquecida correctamente calibrada ajuda na adesão da primeira camada e também ajuda a evitar que a camada inferior arrefeça muito mais rapidamente do que o resto da impressão para evitar deformações.

Outra dica para reduzir o encolhimento é imprimir numa câmara fechada, o que isola a impressão 3D das correntes de ar exteriores, garantindo que não arrefece de forma irregular.

A câmara fechada mantém a impressão a uma temperatura constante próxima do plástico até a impressão estar concluída, e todas as secções podem arrefecer ao mesmo ritmo.

Uma excelente estrutura que milhares de pessoas utilizaram e apreciaram é a estrutura Creality à prova de fogo e poeira da Amazon, que mantém um ambiente de temperatura constante e é muito fácil de instalar e manter.

Além disso, proporciona mais segurança em termos de incêndios, reduz as emissões sonoras e protege contra a acumulação de pó.

PETG

O PETG é outro material de impressão 3D muito utilizado devido às suas propriedades fenomenais. Combina a resistência estrutural e a dureza do ABS com a facilidade de impressão e a não toxicidade do PLA.

Isto torna-o adequado para utilização em muitas aplicações que requerem elevada resistência e segurança do material

Com 0,8%, os filamentos PETG têm a taxa de retracção mais baixa. Os modelos 3D feitos com PETG são relativamente estáveis em termos dimensionais quando comparados com outros, o que os torna ideais para fazer impressões funcionais que têm de estar em conformidade com tolerâncias algo rigorosas.

Para compensar ou reduzir o encolhimento nas impressões PETG, o modelo pode ser aumentado num factor de 0,8% antes da impressão.

Como obter a compensação de retracção correcta na impressão 3D

Como vimos acima, o encolhimento pode ser reduzido de várias formas, mas o facto é que, por muito que se faça, o encolhimento não pode ser eliminado. É por isso que é boa prática tentar ter em conta o encolhimento quando se prepara o modelo para impressão.

Alguns softwares de impressão vêm com predefinições que fazem isto automaticamente, mas, na maioria das vezes, tem de ser feito manualmente.

O cálculo do tipo de compensação de retracção a aplicar depende de três factores: o material utilizado, a temperatura de impressão e a geometria do modelo.

Todos estes factores combinados darão uma ideia de quanto se espera que a impressão encolha e como compensar esse facto.

Obter o encolhimento correcto também pode ser um processo iterativo, também conhecido como simples tentativa e erro. A taxa de encolhimento pode até variar entre diferentes marcas do mesmo tipo de material.

Assim, uma excelente forma de medir e quantificar o encolhimento é começar por imprimir um modelo de teste e medir o encolhimento. Os dados obtidos podem então ser utilizados para criar uma compensação da taxa de encolhimento matematicamente sólida.

Uma excelente forma de medir o encolhimento é utilizar este objecto de cálculo de encolhimento do Thingiverse. Um utilizador descreveu-o como "Uma das melhores ferramentas de calibração geral existentes". Muitos outros utilizadores partilham os seus agradecimentos com o criador deste modelo CAD.

Os passos são os seguintes:

• Imprima a peça de teste utilizando o filamento da sua escolha e as definições do cortador que pretende utilizar.
• Medir e introduzir na folha de cálculo (a minha é partilhada em //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Actualizar as definições do slicer

É necessário utilizar essa folha de cálculo do Google e fazer uma nova cópia que possa editar a partir de agora. Para mais informações, consulte as instruções na página do Thingiverse.

Se pretender uma compensação realmente exacta, pode executar a iteração duas vezes, mas o fabricante afirma que apenas uma iteração foi suficiente para obter uma tolerância de 100um (0,01mm) numa peça de 150mm.

Um utilizador disse que simplesmente dimensiona os seus modelos para 101%, o que funciona bastante bem para ele. Esta é uma forma muito simples de ver as coisas, mas pode ser bem sucedida para obter resultados rápidos.

Também pode utilizar uma definição chamada expansão horizontal que ajusta o tamanho das suas impressões 3D na dimensão X/Y, para compensar as alterações de tamanho à medida que o modelo arrefece e encolhe.

Se for o próprio a criar os modelos, pode ajustar as tolerâncias no próprio modelo e, com mais prática, começará a adivinhar as tolerâncias correctas para o seu desenho específico.