Iluminando o design de produto com condutores de LED impressos em 3D com baixo custo


Este guest post foi escrito por Marcus Weddle, da CADDEDGE.

Se você é designer, provavelmente está familiarizado com condutores luminosos em LED. Para os demais como nós, mesmo desconhecendo o termo, essas pequenas peças são tão comuns que provavelmente temos alguma ao nosso alcance neste momento. Vamos ver rapidamente o que são condutores luminosos e como a impressão 3D pode ajudar designers a terem mais liberdade no trabalho com eles.

Condutores luminosos em LED (também conhecidos como guias de iluminação em LED) são aquelas pequenas luzes em indicadores de plástico de produtos eletrônicos e que brilham nas cores verde, branca ou vermelha para mostrar aspectos como “ligado”. Na verdade, esta é a parte que se vê, mas o interior é formado por uma peça maior de plástico que conduz a luz a partir de um LED montado dentro do componente.

Então, condutores luminosos são, basicamente, longas lentes de plástico que conduzem a luz de LED para onde for necessário. Eles proporcionam aos designers mais liberdade na localização e no estilo das luzes indicadoras, deixando, ao mesmo tempo, o LED convenientemente montado no circuito impresso – tornando-os componentes muito populares.

Um claro desafio de prototipagem

Fazer o protótipo de condutores luminosos significa testar a adequabilidade física de uma peça que faz a ponte entre dois conjuntos diferentes—a caixa externa e uma placa de circuitos com um LED. No entanto, a forma externa do condutor luminoso também determina, diretamente, a eficiência do direcionamento da luz para o melhor desempenho ótico.

Esses requisitos duplos significam que um teste de função demandará uma peça extremamente detalhada e transparente em termos óticos. Tradicionalmente, isso significa esperar dias ou mesmo semanas por uma peça usinada ou por um molde para moldagem, e o custo associado que pode precisar de aprovação.

Qual o resultado desse processo tradicional de prototipagem? Os designers se sentem obrigados a minimizar a chance de devolução para uma segunda revisão, planejando o caminho mais seguro—o que normalmente não é o melhor ingrediente para a criação do melhor design.

Naturalmente, surge a questão: a impressão em 3D pode ajudar designers a fazerem iterações mais rápidas e a liberarem suas opções? Sim, pode… com o uso das Impressoras 3D Stratasys Objet para escritórios e do material VeroClear.

35 minutos e apenas alguns dólares

Imprimir um típico condutor de luminoso em 3D leva menos de uma hora com o equipamento que nós utilizamos. Na verdade, para nossos primeiros simples testes nós colocamos várias iterações de design na bandeja de impressão de uma vez, e obtivemos nossas peças em 35 minutos. O custo foi de apenas alguns dólares. Nosso material foi o VeroClear, que funciona na Stratasys Objet30 Pro e modelos superiores (utilizamos uma Impressora 3D Objet260 Connex).

Será necessário calcular algum tempo para o pós-processamento das peças. Além de uma rápida etapa de remoção do suporte, o lixamento e o polimento são necessários para um melhor desempenho ótico. O que é ótimo a respeito do VeroClear é que ele pode ser facilmente lixado e polido, e as peças possuem boa resistência e nível de detalhes para ajustes em testes físicos.

Curved light pipe on the left shows poor performance at desired exit surface area; 45-degree flat angle (right) shows a full, even fill of the window. Both parts were 3D printed in VeroClear.
O condutor curvo de iluminação à esquerda mostra baixo desempenho na superfície de saída desejada; o ângulo plano de 45 graus (à direita) mostra um preenchimento completo e uniforme na janela. Ambas as peças foram impressas em 3D em VeroClear.

Como é o desempenho dessas peças? Tentamos o trivial dos condutores de iluminação: a curva de 90 graus utilizando dois projetos. De acordo com as melhores práticas, um “refletor” em ângulo plano de 45 graus deverá ser usado, em vez de uma curva para conduzir a luz na curva. É possível ver o motivo nas fotos—a parte curva da outra peça apresenta desempenho visivelmente mais baixo, comparado ao ângulo plano. Mas essa é uma boa indicação de que a peça protótipo trará problemas de design além da confirmação do bom desempenho. Foi simples decidir que design funcionou melhor.

Existem vários fatores que podem afetar o desempenho da peça final, mas um dos mais comuns é se certificar que os raios de luz atinjam os recursos de reflexão acima, o que é chamado de ângulo crítico—ângulo no qual a luz começa a ser refletida de volta no interior da peça através da TIR (reflexão interna total). O material VeroClear possui um índice de refração similar aos materiais plásticos da produção,  por isso possui um ângulo crítico similar também. Nossa curva em 45 graus proporciona TIR e também reflete melhor a luz para atingir a superfície de saída para um brilho uniforme.

 

Prevendo o desempenho em um design de produção

3d printed veroclear light pipe
Condutor luminoso de LED em um compartimento e seu respectivo protótipo impresso em 3D.

Imprimimos também um projeto de condutor luminoso em 3D para produção real, completo e com componentes de montagem. Assim como em nosso simples teste, esse protótipo de peça mostra que mesmo em um condutor luminoso mais longo, o material VeroClear é de ‘aceitável a bom’ na previsão do desempenho da peça de produção. Apesar da transmissão da luz não ser tão alta quanto no material de produção, podemos ver que se a versão impressa em 3D foi bem-sucedida, o material de produção será até mais brilhante e manterá a iluminação uniforme

 

Designers, tomem nota: a peça que você vê foi do CAD ao teste funcional em aproximadamente duas horas, incluindo a impressão e pós-processamento. O custo da peça foi inferior a $5.

With such a fast turnaround, the designer could test and choose the best of multiple designs (we printed four iterations at once), then even revise and print the same day. This rapid iteration cycle allows for more design ideas, and a much higher confidence in the design going forward to the next prototyping stage. As a bonus, the time for these additional iterations is still far shorter than the traditional method.

Multiple light pipes in process of being 3D printed
Vários condutores luminosos no processo de impressão 3D

Condutores luminosos em LED são claramente uma ferramenta poderosa que os designers utilizam para criar produtos melhores—tanto em forma quanto em função. No entanto, os desafios de prototipagem destes dispositivos podem dificultar a liberdade ao limitar as iterações de design. Condutores luminosos prontos podem ser uma opção, mas para os designers atuais eles trazem novamente limitações na forma de adaptação à peça de estoque.

Com a velocidade das Impressoras 3D Objet da Stratasys e com o desempenho do material VeroClear é possível ver como os designers podem reduzir drasticamente as restrições de custo e tempo nos testes funcionais, proporcionando mais liberdade no design e, em última instância, criando produtos melhores.

Um futuro mais brilhante

Condutores luminosos em LED são projetados para trabalhar com produtos produzidos em massa, mas e os produtos futuros que são em sua maioria impressos em 3D por manufatura aditiva? A Disney Research buscou justamente responder a essa pergunta (e utilizou o VeroClear para alguns designs incríveis de condutores luminosos) em um projeto chamado Printed Optics:

disney research 3d printed light pipes

 

Este post também está disponível em: Inglês

Carrie Wyman

Carrie is a technology and 3D printing enthusiast, with a passion for beautiful design.

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