Peça de substituição em impressão 3D: digitalização e reprodução

Quando imprimir uma peça de substituição em 3D

Reproduzir uma peça por fabrico aditivo é pertinente em várias situações correntes, tanto na manutenção industrial como em casa dos particulares:

Peça impossível de encontrar: referência descontinuada, fabricante desaparecido, equipamento antigo ainda perfeitamente funcional.
Prazo de aprovisionamento demasiado longo: várias semanas de espera por um cárter ou uma guia de plástico enquanto a máquina está parada.
Peça vendida apenas em subconjunto: só é possível comprar o conjunto completo quando apenas um clipe está partido.
Peça a melhorar: um elemento que parte sempre no mesmo sítio pode ser reforçado ao ser reconcebido.

Os candidatos típicos são tampas, cárteres, botões, rodas de ajuste, clipes, guias, espaçadores, suportes, pegas, tampões ou engrenagens pouco solicitadas. São peças cuja falha não tem consequências para a segurança das pessoas.

O método em seis etapas

1. Diagnosticar a peça

Antes de reproduzir, perceba porque é que a peça falhou. Uma rotura limpa num ângulo vivo indica uma concentração de tensões; uma peça amarelecida e quebradiça sugere um envelhecimento por UV ou pelo calor; um desgaste regular indica atrito. Este diagnóstico orienta diretamente a reconceção e a escolha do material. Anote também a função exata da peça, os esforços a que está sujeita, a temperatura do seu ambiente e as peças com que se monta.

2. Digitalizar ou medir

Existem duas abordagens, muitas vezes combinadas:

A medição manual com craveira é suficiente para formas simples: prismas, cilindros, furos, entre-eixos. É rápida e muito precisa nas cotas funcionais.
A digitalização 3D impõe-se para formas livres, superfícies curvas, peças complexas ou quando a peça deve encaixar perfeitamente num conjunto existente. Fornece uma nuvem de pontos ou uma malha da superfície real.

A precisão do scanner condiciona a fidelidade do resultado. Um scanner industrial como o Creaform MetraScan utilizado pela oficina Timelapse-3D atinge uma precisão da ordem de 0,1 mm ou melhor, suficiente para a grande maioria das peças de manutenção. As superfícies brilhantes, transparentes ou muito escuras exigem uma preparação (pó fosco, alvos), e as zonas escondidas ou os furos profundos medem-se muitas vezes melhor com a craveira.

3. Reconstruir ou reparar o modelo

Uma digitalização em bruto não é uma peça pronta a imprimir. Reproduz fielmente os defeitos: rotura, desgaste, deformação, contração de injeção. A etapa de engenharia inversa consiste em:

reconstruir as superfícies funcionais numa geometria limpa (planos, cilindros, furos nas cotas nominais);
completar as zonas em falta ou partidas, muitas vezes por simetria;
reforçar as zonas de rotura (boleados mais generosos, nervuras, espessuras);
aplicar as folgas de montagem adaptadas ao processo de impressão.

O resultado é idealmente um modelo CAD paramétrico, mais simples de corrigir do que uma malha. A diferença está explicada em modelo paramétrico ou malha. Para uma peça simples, descrever a forma e as suas cotas ao Estúdio 3D IA pode bastar para obter um modelo paramétrico ajustável; o nosso guia para redigir o briefing de uma peça 3D ajuda-o a formular essas cotas.

4. Escolher o material

O material de origem nem sempre é a referência certa: uma peça injetada em ABS não se comporta como uma peça impressa em ABS, pois a impressão introduz uma anisotropia entre as camadas. Parta do ambiente:

Exigência da peça	Materiais a considerar	Ponto de atenção
Uso interior, pouco esforço	PLA, PETG	O PLA amolece a temperatura moderada, evitar perto de uma fonte de calor
Exterior, UV, calor moderado	ASA	Boa resistência aos UV, ligeiramente mais delicado de imprimir
Esforço mecânico, impacto, atrito	Nylon, nylon com fibra de carbono	O nylon absorve humidade, o que altera as suas propriedades
Flexibilidade, junta, amortecimento	TPU	Dureza a escolher consoante o uso
Detalhes finos, pequenas peças precisas	Resina SLA	Muitas vezes mais frágil ao impacto e sensível aos UV consoante a resina

O detalhe das propriedades de cada material encontra-se no nosso guia dos materiais para impressão 3D, e os materiais disponíveis na oficina estão apresentados na página materiais.

5. Imprimir

A orientação da peça na mesa de impressão conta tanto quanto o material. Um clipe ou uma patilha de fixação deve ser orientado de forma a que o esforço de flexão se exerça no plano das camadas, e não transversalmente. O preenchimento e o número de paredes são aumentados nas zonas solicitadas. Para parafusos desmontados regularmente, os insertos roscados colocados a quente são mais duradouros do que uma rosca impressa.

6. Testar o ajuste

Monte a peça e verifique os pontos críticos: encaixe, aperto, folga de funcionamento, alinhamento dos furos. Se um ajuste estiver demasiado apertado ou demasiado solto, corrija a cota no modelo em vez de retocar a peça à lima. Os valores de folga habituais estão detalhados no nosso guia das tolerâncias e ajustes.

Conselho de oficina

Guarde a peça partida, mesmo em pedaços: serve de referência para a digitalização, para a comparação visual e para compreender o modo de rotura. Envie também, se possível, a peça que se monta com ela. Uma digitalização das duas faces de contacto dá uma cota de ajuste muito mais fiável do que uma estimativa.

Os limites a respeitar

A impressão 3D não substitui todas as peças. Algumas situações devem levar a desistir ou, no mínimo, a impor uma validação por um especialista:

Peças de segurança: travagem, elevação, retenção de carga, proteção de pessoas, peças sujeitas a homologação. Uma peça impressa não tem as características certificadas da peça original.
Altas temperaturas: os termoplásticos correntes amolecem bem abaixo da temperatura de funcionamento de um motor, de um forno ou de um elemento de aquecimento. Verifique a temperatura real em contacto com a peça.
Desgaste e atrito intensivos: uma engrenagem fortemente carregada ou uma peça em atrito contínuo desgastar-se-á mais depressa do que uma peça injetada ou maquinada num material técnico. O nylon melhora a situação sem igualar sempre o original.
Contacto alimentar: os sulcos de uma peça FDM retêm resíduos e dificultam a limpeza, e nem todos os materiais ou resinas são adequados ao contacto alimentar. Não reutilize uma peça impressa para esse fim sem garantia sobre o material e o processo.
Precisão do levantamento: uma digitalização reproduz a peça tal como está, deformada ou desgastada. As cotas funcionais devem ser verificadas e corrigidas, caso contrário a imprecisão do levantamento repete-se na nova peça.

Melhorar em vez de copiar

A engenharia inversa é a oportunidade para corrigir o defeito que causou a rotura. As melhorias mais frequentes são simples:

acrescentar um boleado na base de uma patilha que parte;
engrossar uma parede ou acrescentar uma nervura;
substituir uma rosca de plástico por um inserto metálico;
passar a um material mais resistente ao calor ou aos UV;
agrupar duas peças coladas numa só.

Para suportes e espaçadores genéricos, por vezes é mais rápido partir de um modelo existente: a biblioteca de modelos paramétricos propõe esquadros, espaçadores, clipes de cabos ou caixas cujas cotas pode ajustar.

Peças de substituição por setor

As exigências mudam muito de uma utilização para outra: sal e UV num barco, calor de um habitáculo em pleno verão, vibrações numa mota, autenticidade num carro clássico. Os nossos guias por setor detalham as peças típicas, os materiais adequados e os limites próprios de cada domínio:

Preparar um pedido de reprodução

Para obter rapidamente uma peça correta, transmita:

a peça original (ou os seus pedaços) e, se possível, a peça que se monta com ela;
fotos da peça no lugar;
a função, os esforços e a temperatura do ambiente;
as cotas que sabe serem críticas;
a quantidade pretendida, nomeadamente se quiser constituir um stock de peças de substituição.

Uma vez validado o modelo, pode ser reimpresso a pedido: é um stock digital que não ocupa espaço numa prateleira. Para iniciar um pedido, pode pedir uma digitalização 3D de uma peça existente.

Perguntas frequentes

É possível reproduzir uma peça partida sem desenho nem ficheiro 3D?

Sim. A geometria é levantada por digitalização 3D ou por medição com craveira, e depois o modelo é reconstruído e corrigido. Os pedaços da peça partida bastam muitas vezes, sobretudo se a peça apresentar uma simetria que permita completar as zonas em falta.

Uma peça de substituição impressa em 3D é tão resistente como a original?

Pode ser, para muitas peças de plástico, desde que se escolha o material certo e a orientação de impressão correta. Uma peça FDM é mais fraca entre camadas, o que se compensa através da conceção. Para peças fortemente solicitadas, reforça-se muitas vezes a geometria em relação ao original.

Qual é a precisão de uma digitalização 3D para a engenharia inversa?

Um scanner industrial atinge uma precisão da ordem do décimo de milímetro, suficiente para a maioria das peças de manutenção. A digitalização reproduz, no entanto, o desgaste e as deformações da peça, pelo que as cotas funcionais devem ser verificadas e repostas ao valor nominal durante a reconstrução.

Que peças não se devem imprimir em 3D?

As peças de segurança (travagem, elevação, retenção de carga), as peças expostas a altas temperaturas e as destinadas ao contacto alimentar sem garantia sobre o material. As peças sujeitas a um desgaste intensivo também exigem uma análise caso a caso.