Decidindo a altura de camada para Impressora 3D

Decidindo altura de camada Impressora 3D

Você sabe qual a melhor altura de camada para o seu projeto?

Neste post trabalharemos em uma dúvida recorrente dos usuários. Qual a altura de camada deve ser usada e o que ela influencia no resultado da impressora 3d como um todo. Quem tem uma impressora 3D percebe claramente que existe uma enorme quantidade de parâmetros e variáveis que podem ser configuradas para gerar resultados diferentes.

Se você é um usuário avançado no uso de impressora 3d, mesmo assim, este artigo poderá contribuir para que você tenha ainda mais convicção do que já está fazendo certo, ou talvez faça pequenas mudanças antes de imprimir seus projetos.
No caso da altura da camada, a peça a ser impressa deve ser olhada pela óptica da resolução que se deseja ter. Resolução não lembra fotografia, imagem, vídeo? Quando pegamos uma fotografia, vídeo, imagem com baixa resolução temos a sensação de que está embaçado, que os detalhes estão grosseiros ou que o pixel está perceptível ao olho. Já do outro lado quando a resolução é alta fica quase impossível com o olho ver os pixels. Caso não tenha ficado claro ainda, o pixel é o menor elemento em um dispositivo de exibição (por exemplo, imagem de um monitor), ao qual é possível atribuir-se uma cor. De uma forma mais simples, um pixel é o menor ponto que forma uma imagem digital, sendo que o conjunto de pixels formam a imagem inteira. Se o pixel ou ponto é muito grande a resolução é baixa, se você mal consegue identifica-lo com o olho essa resolução é alta.
Analogia Comparação de resolução pixel
Comparando Resoluções de Vídeo
Abaixo você poderá entender melhor com as várias impressões em diversas alturas de camada que fizemos de um mesmo arquivo 3d.

O que é a altura da camada na impressão 3D?

Para entender o que é altura de impressão é importante entender a tecnologia das impressora 3d FDM.

As impressoras 3d FDM trabalham com a deposição de material em camadas em um processo de verticalização. O cabeçote da impressora faz o movimento depositando material durante toda uma camada, ao término, ele sobe para a camada seguinte e novamente faz todo o movimento para preencher a área determinada pelo fatiador (software que converte modelos 3d virtuais em modelos imprimíveis por camadas), que segue verticalmente para terceira, quarta e sucessivamente quantas camadas forem necessárias para finalizar a peça.

Impressora 3D Imprimindo Camadas
Impressora 3D Imprimindo Camadas

Agora que você entendeu que o processo FDM é a impressão 3D por camadas, você deve formar outro conceito importante que é saber quantas camadas uma peça pode ter.

No mercado atual, as impressoras mais comuns trabalham com limitação de camadas com resoluções entre 0,05mm 0,4mm, sem a necessidade de alterar o bico da impressora. Além disso, provavelmente quando você adquiriu ou montou sua impressora, pode verificar quantos “microns” ou micra, a impressora trabalha ou em quantos “microns” de altura de camada aquela peça foi impressa. Para você que talvez ainda não percebeu, 0,05mm de altura de camada significa 50 microns ou 50 micra e por sua vez, a altura de camada de 0,1mm tem uma resolução de 100 microns.

Imprimindo com diferentes bicos ou nozzle

Falando em bico, uma pergunta recorrente é se o tamanho do meu bico influencia na qualidade ou resolução da peça. A resposta é sim! Alguns clientes optam pela troca de um bico com furo maior, por exemplo como o 0,8mm e com isto podem trabalhar com altura de camada mais altas, o que com certeza levará a uma resolução bem inferior. Claro que quem faz uma substituição desta, está mais preocupado em redução de tempo de impressão do que ganhar qualidade. Já se você caminha na outra direção, trabalhando com uma camada muito baixa (0,05mm), ter um bico de 0,3mm fará com que sua peça tenha um resolução melhor. A diferença é sutil entre o bico 0,3mm, 0,4mm e 0,5mm, mas existe.

Altura da camada e quantidade de camadas

Vamos tomar por exemplo uma peça que tenha 100 mm de altura. Se usar o parâmetro de altura de camada (layer height) 0,2mm essa peça terá 500 camadas. Para esta mesma peça, usando uma camada 0,05mm essa mesma peça terá 2000 camadas. Lembre que a peça terá a mesma altura de 100mm, independente de altura de camada configurada, o que vai alterar é número de vezes que o cabeçote fará o ciclo completo de camadas.

Para ficar mais claro segue abaixo os resultados é fotos do modelo que imprimimos em várias alturas de camadas:

Altura de camada Impressora 3D
Altura de camada e tempo de impressão 3D

Minha impressora 3D imprime com diferentes alturas de camada?

Exatamente! A maioria das impressoras 3D do mercado fazem impressões com altura da camada de 50 microns e 300 microns, com o mesmo bico ou nozzle para impressão e não é preciso efetuar a troca do bico para trabalhar com diferentes alturas, basta efetuar a mudança em software, no próprio fatiador (Slic3r, Simplify3D, Cura, Craftware e outros).

O fatiador é o programa responsável pelo roteiro de como e por onde o bico vai passar. Este software gerencia a velocidade que a impressora empurra o filamento e também a altura que o bico ou cabeçote sobe em relação a cada camada. Então, se você trabalha com uma altura maior, a impressora precisa empurrar mais material para que compense a quantidade de plástico que precisa se preenchido no vão entre a camada inferior e o bico.

Tempo de impressão é proporcional à altura de camada?

Sem dúvida outra análise que deve ser feita é o tempo gasto para impressão nas diversas alturas de camadas. A primeira peça feita em 100 microns levou 4h e 49 minutos, já a peça com 300 microns levou apenas 33 minutos. A peça com maior resolução levou quase 875% mais tempo que a com baixa resolução, sendo que a altura é apenas 3 vezes maior (300%).

Gráfico altura de camada vs tempo de impressão
Gráfico altura de camada vs tempo de impressão

Não é preciso dizer que tempo é dinheiro. Se você precisar imprimir 100 peças idênticas ao do exemplo você levaria 21 dias para imprimir e entregar o trabalho com a máxima resolução e 2 dias aproximadamente para fazer o mesmo com baixa resolução.

Aspecto visual

Ainda falando visualmente da peça é possível ver também uma diferença no brilho da peça. Como pode ser observado nas fotos, fica claro que nas peças com uma menor altura de camada, ou maior resolução, tem um aspecto mais opaco e fosco, enquanto a peça de 0,3mm brilha mais. Este é o efeito resultante da dispersão da luz. Maiores camadas tem a curvatura da superfície externa maior, que reflete mais luz. Outro fator importante que leva a esse resultado é que trabalhando sempre com a mesma velocidade de impressão, mesmas temperaturas mas com camadas com alturas diferentes, a capacidade plastificação irá diminuir na maior resolução, fazendo com que o filamento resida por muito mais tempo no bico, o que fará com que a cor perca um pouco da coloração. Por isso mesmo uma dica importante é ter um setup diferente de velocidade e também de temperatura para cada resolução que você deseja imprimir.

Falando em setup de fatiador, para alturas de camadas diferentes, existem ainda vários parâmetros que devem ser ajustados em função disto.

Top layer

Se você está trabalhando com resolução de 50 microns, apenas com 3 camadas, tão finas, será muito difícil fazer o fechamento total. Caso não faça este ajuste, provavelmente você verá buracos no topo da peça. Recomendamos para esta resolução, entre 8 e 10 camadas de top layer. Já se a resolução é de 300 microns apenas 3 camadas será suficiente para fechar por completo o topo da sua peça. Se esta peça não precisa de resistência, não valerá a pena o consumo de filamento para se fazer uma quantidade maior de camadas no topo. No final faremos uma tabela com as recomendações de parâmetros e valores já que existem várias alturas de camadas que podem ser utilizadas.

Bottom layer

Da mesma forma em que nas camadas de topo (top layer) com resolução alta 50 microns sua peça ficaria extremamente fina, sua base com 3 camadas também deixaria a peça bastante frágil. Ficará tão fina, suficiente para que em diversas cores de filamentos seja possível a passagem de luz no sentido do fundo da peça. Para não ficar frágil, recomendamos de 8 a 10 camadas. Se você quiser muita resistência na base, aumente ainda mais. No caso de resolução de 300 micros, apenas com 3 camadas a peça já terá uma resistência boa, mas mesmo assim este valor deve ser trabalhado, aumentando caso você precise de mais resistência.

Velocidade

Geralmente quem está querendo trabalhar com a resolução máxima de sua máquina está preocupado em tirar a melhor peça em termos de acabamento visual. Sendo assim para ter um acabamento visual lindo e perfeito é necessário abrir mão da velocidade com que o cabeçote se desloca, principalmente nos perímetros pequenos e movimentos que irão fazer a parte externa da peça. A redução de velocidade colabora para que a inércia no carrinho da impressora seja menor e consequentemente gerando menos vibrações e movimentos mais precisos. E sim, cada tipo de filamento tem um limite de velocidade de trabalho. No caso do ABS você consegue trabalhar com excelente resultado com velocidade até de 300mm/s.

Então configure para a maior layer que você pode usar e veja o quanto você está disposto a perder de qualidade, aumentando a velocidade.

A resistência da peça é influencia pela altura da camada?

A melhoria do desempenho mecânico de uma peça impressa 3d frequentemente ocorre às custas da velocidade, viabilidade e qualidade.

Fizemos um estudo em parceria com diversos institutos técnicos como Universidade Federal de Itajubá e Universidade Santa Cecília e quantificamos o impacto de diversos parâmetros na performance. Os principais parâmetros que devem ser analisados diante da resistência mecânica são: infill / preenchimento (%), altura de camada e padrão de infill.

Neste estudo verificamos a influência que estes parâmetros tem sob máximo stress, resistência à flexão, módulo elástico por tração, resistência ao impacto, alongamento na ruptura e resistência à tração na ruptura.

Sim, todos os parâmetros de maneira geral interferem na resistência mecânica das peças impressas 3d. Fizemos inúmeros ensaios com diversos filamentos e demonstramos abaixo de forma gráfica os resultados da impressão com filamento PLA EasyFill:

Comparativo entre velocidade, custo, altura de camada e infill impressora 3d
Quadro comparativo entre velocidade, altura de camada, custo e infill

Para que a representação gráfica fosse possível, extrapolamos os parâmetros força, velocidade e custos dos testes que fizemos.

Abaixo demonstramos as peças usadas em nossos ensaios:

Peças usadas em ensaios de resistência
Peças usadas em ensaios de resistência

Nosso estudo mostra que a altura de camada influencia na resistência da peça quando ela se torna muito fina. Uma peça impressa com 100um demonstra uma resistência ao stress máximo de apenas 28MPa, enquanto uma peça impressa a 200um em torno de 35MPa, existe um aumento de 25%! Depois de 200um a resistência mecânica tende a se manter constante.

Conclusões sobre altura da camada

Como podemos ver, a diferença na qualidade superficial entre as peças obtidas com diferentes alturas de madas é muito grande, da mesma forma o tempo gosta de impressão também é. Concluir que uma peça impressa com 50 mícrons de resolução é melhor do que a peça de 300 milímetros é errado, pois depende muito da finalidade do seu projeto.

Mais uma vez, planejamento antes da impressão é tudo. Primeiramente, para identificar qual é a altura de camada que você deve usar em suas impressões, é preciso analisar o objetivo da peça. As perguntas chave são: você realmente precisa de uma qualidade superficial tão alta? Quanto tempo será economizado com um layer maior? Estas análises serão necessárias para verificar a viabilidade do seu negócio.

Uma conclusão certa é que se você irá fazer acabamento na peça, após a impressão, não faz sentido ficar se preocupando com altura de camada e velocidade baixa. Todas as imperfeições serão retiradas pelo primer, tinta e verniz posteriores. Não pense duas vezes em testar o limite de velocidade da sua impressora e trabalhar com a altura máxima que o bico da sua impressora suporta.

Agora que você já sabe mais sobre altura de camadas, que tal tentar trabalhar com camadas mais altas ou com resolução mais alta para tirar uma peça impecável? Os filamentos da 3D Fila são sua melhor escolha seja para imprimir com camadas altas ou baixas.

Chegamos ao fim de mais um artigo super importante para quem quer dominar sua impressora 3D. Estamos felizes em te ajudar! Boa impressão 3D para você! Conte com a nossa equipe e não deixe de consultar nossos outros artigos em nosso Guia de Soluções!

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