GUIA: Entendendo a fresadora CNC
Nesse guia você vai aprender tudo que precisa para começar a usar a Fresadora CNC no Brasília Fab Lab, uma das quatro máquinas de fabricação digital de um Fab Lab. Com ela, você vai conseguir usar diferentes tipos de materiais para trabalhar em seus projetos.
A fresadora CNC é um equipamento de nível 3 e necessita liberação da equipe do Fab Lab para ser usada. Leia esse guia e agende sua orientação no Fab Lab.
O que é
O CNC significa Controle Numérico Computadorizado (Computer Numerical Control), em termos simples, é uma máquina com uma ferramenta em sua “ponta” em que seus movimentos são controlados por um computador. Cortadoras a laser e impressoras 3D também são consideradas máquinas CNC, e o que difere essas máquinas é exatamente a “ponta”, que pode derreter plástico, soltar um laser ou ter uma fresa cortante. A fresadora CNC utiliza um método subtrativo para modelar a peça, esculpindo em uma chapa ou bloco de material, e para isso usa uma tupia ou spindle em sua ponta para realizar o trabalho de corte.
A linguagem usada para controlar a fresadora CNC é chamado de G-Code. Em uma fresadora de 3 eixos, como a no Brasília Fab Lab, o código diz a máquina mover a ponta na direção X, Y e Z com precisão. Esse controle permite operações precisas de corte em diversos materiais (madeira, plásticos, metais, etc) e em diversos formatos.
Os tamanhos
Assim como os outros tipo de máquinas CNC, a fresadora CNC pode existir em diversos tamanhos
Normalmente as fresadora CNC menores usam ferramentas pequenas e conseguem operar em pequenos detalhes, por exemplo, placas de circuito. Já as maiores trabalham com materiais de grandes dimensões mas sem tantos detalhes minuciosos, como móveis.
A fresadora CNC no Brasília Fab Lab possui uma área de corte de 35x45x15cm. Mas atenção, essa é a área total da mesa, sempre que você coloca um material para cortar em uma fresadora CNC, você vai deixar uma margem de 1 ou 2 cm no seu material para poder fixar a peça na mesa de trabalho.
A ferramenta: fresa
Como o próprio nome já diz, a ferramenta usada para cortar é a fresa, visualmente muito parecida com uma broca usada em furadeiras, a diferença é que a fresa possui lâminas que também cortam lateralmente e não somente em uma direção.
Quão menores forem os detalhes na sua peça, menor terá de ser a fresa utilizada para usina-los. Uma fresa fina é frágil e consegue retirar pouco material de cada vez, deixando a operação exponencialmente mais demorada. Tente fazer com que a maior parte das operações em seu material seja feita com as maiores fresas possível, para optimizar o uso da máquina e reduzir custos.
O processo
A fresadora CNC é sem dúvida a máquina mais complicada de usar no Brasília Fab Lab, porém muito poderosa depois de dominada. Há várias etapas no processo de conseguir a sua peça final e para exemplificar a visualização, fizemos o diagrama abaixo.
Tudo começa com o seu desenho (2D ou 3D), a forma que queremos criar na máquina. Importamos esse desenho para um programa CAM (Computer Aided Manufacturing) onde você irá configurar os cortes do desenho. Logo em seguida, passamos para a configuração da máquina, onde iremos colocar e prender o material, e posicionar a CNC para iniciar o corte.
Entendendo as operações
A fresadora CNC consegue subtrair formas 3D complexas e cortornos 2D e 2.5D de chapas e blocos de materiais. Por isso não é necessário ter um arquivo de modelo 3D para poder realizar um corte na máquina, também podemos utilizar arquivos de desenho vetorial.
Vamos entender melhor os diferentes tipos formas que conseguir obter de uma operação na fresadora CNC.
2D
Quando quando dizemos que um forma é 2D, ou bidimensional, nos referimos a um corte feito no material em uma profundidade constante seguindo um caminho ditado pelo desenho.
2.5D
Um forma 2.5D apresenta cortes em profundidades diferentes dentro do material. Uma peça 2.5D, quando vista de cima, tem todas as superfícies paralelas ou em 90˚ com a superfície de trabalho da fresadora.
3D
A forma 3D possui superfícies orgânicas ou curvas complexas, de alturas diferentes e com pouca áreas planas.
Tipos de operações
Existem 4 tipos de operações diferentes nas fresadora CNC de 3 eixos e saber usá-las corretamente pode te poupar muito tempo de corte.
Profile (Corte)
Um corte ocorre quando a fresa atravessa toda a espessura do material seguindo um caminho. Se o caminho for fechado, ao final do corte a peça se solta do material. É necessário se preocupar com a correta fixação da peça solta. O corte pode ser feito seguindo o lado de fora ou de dentro das linhas do desenho. Na grande maioria dos casos o corte segue o desenho por fora, assim você terá a peça do tamanho que desenhou, se fosse por dentro, a peça ficaria menor do que o desenhando.
Engrave (Gravação)
Muito parecida com o corte, mas a fresa retira apenas uma camada do material, normalmente apenas superficial. Nessa operação a máquina segue exatamente s linha do desenho.
Pocket ou Fill
Um pocket ou fill é uma operação no material onde a área interna ou externa a um desenho. 2D fechado é totalmente desbastada até uma profundidade definida. Muito utilizada para preencher vetores em gravações ou criar superfícies planas e paralelas à superfície de trabalho em diversas alturas da peça.
3D Profile (Corte 3D)
Essa é a operação mais complexa e demorada. Um operação 3D requer o movimento sincronizado dos 3 eixos da fresadora. Normalmente utilizado para usinar superfícies curvas tridimensionais ou peças com características mais orgânicas em todos os eixos.
Todas as operações possuem uma grande quantidade de variáveis e configurações que podemos utilizar para otimizar a operação. Por agora é importante saber diferenciar as operações e utilizá-las de maneira eficiente.
Restrições
Fabricação digital não é mágica e como todo processo e equipamento, essa também possui suas restrições.
A maioria das restrições de capacidade da fresadora CNC dizem a respeito da maneira como ela opera e suas ferramentas
Undercuts
Em uma fresadora CNC de 3 eixos algumas partes de determinado modelo, principalmente em modelos 3D, não são alcançáveis fisicamente pela fresa. Essas regiões normalmente estão por debaixo de outras superfícies o que resulta na impossibilidade de corte. Referimos essas regiões como undercuts. Para percorrer essa restrição, podemos simplesmente virar o modelo na mesa de trabalho.
Comprimento da fresa
Se seu modelo possuir áreas muito profundas, deve-se levar em consideração o comprimento da fresa e se será possível alcançar a profundidade total.
Cantos arredondados
Todas as fresadora utilizam fresa que possuem uma forma cilíndrica em sua totalidade. Por isso quando vamos tentar cortar juntas (ou ângulos) de um desenho, os cantos tendem a ficar arrendondados devido ao diâmetro da fresa. Isso se aplica a cantos com ângulos inferiores a 180˚, quanto menor o ângulo, maior o efeito de arrendondamento da fresa. Se uma quina arredondada não é um problema, siga em frente.
Para casos que a parte cortada necessite de um encaixe, pode ser necessário alterar o desenho da peça. Para isso, basta criar um círculo nas vertíces da geometria, essa ténica de junta é chamado de dog bone joint. Veja mais sobre isso aqui.
Agora que já temos uma melhor noção sobre os diferentes aspectos de uma fresadora CNC e de suas operações, vamos entender um pouco sobre as configurações mais importantes de corte, que se aplicam a todas as operações.
Configurações de corte (CAM)
Essas são as configurações essenciais para a operação de uma fresadora CNC e podem variar bastante dependendo da máquina, do material, da fresa e do acabamento desejado. Alguns softwares como o Easel, usado para configurar os cortes, podem facilitar essa parte e propor configurações, sendo que você apenas precisa saber o material que está usando e o diâmetro da fresa.
Conheça as terminologias e o que significa cada configuração:
Feed Rate
Essa configuração diz a respeito da velocidade com que a máquina irá se movimentar para realizar os cortes. Devagar demais pode danificar o material e rápido demais pode quebrar a fresa.
Plunge Rate
A velocidade da perfuração da fresa, ou seja, o quão rápido a ferramenta de corte vai entrar no material para iniciar o corte.
Depth per pass
A fresadora CNC corta seu material em camadas, descendo a fresa pouco a pouco até atravessar o material. Essa configuração descreve quantos milímetros a fresa vai cortar por camada. Exemplo: um material de 20mm de espessura e o Depth per pass de 2mm, vai levar 10 cortes para cortar totalmente a peça.
Target Depth
Normalmente indicada em números negativos, com essa configuração você indica para a fresadora CNC qual é a profundidade desejada do corte. Exemplo: em um material de 20mm o Target Depth seria de -20mm.
Tool Diameter
Existem diversos tamanho de fresas, tanto em diâmetro quanto em comprimento, porém nessa opção deve ser informada apenas o diâmetro da ferramenta. É extramente importante saber essa medida para que o programa possa calcular a trajetória de corte corretamente.
Em todas as configurações a medida usada é sempre milímetros, assim como as outras máquinas de fabricação digital.
É muita informação para digerir sobre uma máquina, mas assim como qualquer outra coisa na vida, é na prática que aprendemos. Tenha esse guia como base para iniciar sua jornada.
Para facilitar o aprendizado, construímos mais guias para você acompanhar alguns processos de corte da máquina, confira:
Cortando um modelo 3D
Cortando uma peça 2D
