3D-geprint schrijnwerk:montage vereenvoudigen

Schrijnwerk is een term die gewoonlijk wordt gebruikt in houtbewerking, verwijzend naar de praktijk om twee stukken hout aan elkaar te verbinden door ze geometrisch te beperken. Goed schrijnwerk zorgt voor sterke verbindingen met weinig tot geen hulp van bevestigingsmiddelen zoals spijkers of schroeven. Schrijnwerk is handig omdat het zorgt voor een sterke verbinding met een minder ingewikkeld montageproces. Het gaat echter meestal om gecompliceerde vormen die tijd vergen om te ontwerpen en te maken, terwijl bouten en schroeven alleen een gat en een massaal vervaardigd bevestigingsmiddel nodig hebben.

3D-printen heeft een interessante positie als fabricagemethode omdat het printen van gecompliceerde geometrie vaak niet duurder is dan het printen van een blok. In plaats daarvan wordt FDM-printen beperkt door materiaaleigenschappen en het proces van het in lagen bouwen. Ontwerpen voor 3D-printen vereist dus een nieuwe mentaliteit, en een deel van die mentaliteit is het benutten van de geometrische vrijheid van een 3D-printer om de complexiteit en kosten van de eindmontage te verminderen. Een manier om dat te doen is door te kijken naar schrijnwerk dat is uitgevonden voor houtbewerking en spuitgieten en dat toe te passen op de beperkingen van 3D-printen. In deze blog bespreek ik het gebruik van eenvoudige verbindingen zoals zwaluwstaarten en snap-fits om je gedrukte ontwerpen te verbeteren, aangevuld met enkele voorbeelden.

Zwaluwstaarten

Als het gaat om het beperken van twee delen, denken veel mensen in rechte hoeken. En dat is efficiënt, zeker als je aan verspanen denkt; rechte hoeken zijn over het algemeen veel gemakkelijker en sneller te maken dan oneven hoeken, en vereisen minder instellingen en geen speciale bits of indexeringstabellen. Voor een 3D-printer zijn zwaluwstaarten en rechte wanden echter hetzelfde. Zonder extra inspanning kunt u een andere mate van vrijheid inperken. Dit komt overal van pas, of u nu een glijdende montage of een bevestigingsloze T-verbinding wilt.

Houd er bij het denken in hoeken rekening mee dat de gevestigde zwaluwstaartvorm niet de enige toepassing is. De hierboven getoonde tweedelige schuifdoos bereikt dezelfde terughoudendheid als een zwaluwstaart, maar lijkt meer op een plaat met schuine zijkanten. Hierdoor kan het gemakkelijk samen met de andere helft van de doos schuiven en heeft het zelfs een kleine pal aan het uiteinde om het dicht te klikken. Deze vorm zou met de meeste andere middelen heel moeilijk te vervaardigen zijn, maar hij werd zonder ondersteunende materialen op de Mark Two gedrukt en bereikte bij de eerste poging een geweldige pasvorm en oppervlakteafwerking.

Bekijk onze Composites Design Guide

Nog verder verkennen, kan hoekige geometrie in het algemeen helpen bij 3D-printen. Als u bijvoorbeeld een zijdelings V-profiel afdrukt, zoals hieronder links wordt weergegeven, kan dit een beperking opleveren die moeilijk te bewerken is, maar die triviaal is om af te drukken. Ondertussen is een klassieke tand- en groefverbinding, zoals rechts weergegeven, voor de meeste printers moeilijk te maken vanwege de overhang die hierdoor ontstaat. Deze overhang resulteert in een slecht ondersteunde onderkant met een slechte maatnauwkeurigheid en moet indien mogelijk worden vermeden.

Snap past

Een veelgebruikte methode voor het goedkoop verbinden van spuitgietonderdelen is met snappassingen. Dit zijn goede vormen voor kunststoffen omdat ze binnen de geometrische beperkingen van het maken van mallen blijven en het vermogen van plastic gebruiken om elastisch te vervormen en vervolgens weer in vorm te klikken. Omdat snap-fits zijn ontworpen voor plastic, kunnen ze gemakkelijk worden gebruikt voor 3D-printen ... op het XY-vlak. De meeste gebruikers van 3D-printers weten dat objecten die op desktop-FDM-printers zijn afgedrukt, aanzienlijk gevoeliger zijn voor spanningsbreuken langs de Z-as (uit de bouwplaat wijzend) dan in X en Y, vanwege de grenzen tussen de lagen. Omdat snap-fits meestal dunne doorsneden hebben (om het buigmoment van de clip te verminderen), moeten 3D-geprinte snap-fits "liggend" op de bouwplaat worden geprint, om te voorkomen dat ze na herhaald gebruik gaan schuiven.

Dit diagram toont een overdreven visualisatie van de lagen van een geprinte klikpassing. Wanneer ze rechtop worden afgedrukt (links afgebeeld), zorgen de krachten die de klikpassing afbuigen ook voor spanning tussen de lagen, waardoor de kans op breuk aanzienlijk groter is. Gedrukt op de achterkant (afgebeeld in het midden), een klikpassing zal zeker sterker zijn, maar heeft nog steeds een afschuifvlak tussen de tand en de arm. Gedrukt liggend op zijn kant (foto rechts), maar de snap fit heeft geen laaggrenzen binnen zijn dwarsdoorsnede, waardoor het meer voorspelbare sterkte heeft. En als de klikpassing groot genoeg is, kan door deze op zijn zijkant te printen de vezels in de tand worden geleid, waardoor de volledige sterkte van een Markforged-onderdeel wordt benut. Dezelfde regel is van toepassing op tandwieltanden, rateltanden en elk ander uitsteeksel dat een aanzienlijke belasting moet dragen.

Vraag een gratis proefstuk aan

Houd er ook rekening mee dat snap-fits vele vormen kunnen aannemen op basis van de toepassing, en dat het ontwerp en de richting van de snap-fits kunnen veranderen op basis van uw project. Met name snap-fits die uit een 3D-printer komen, worden niet beperkt door diktes of malvormen, dus u kunt creatief zijn met waar u ze plaatst (zie hieronder). Met printers is het snel en gemakkelijk om prototypes te maken, dus probeer een paar geometrieën voordat u de definitieve vorm kiest.

Samenvoegen:telefoonhouder

Om glijdende pasvormen en klikmechanismen te laten zien, heb ik deze mobiele telefoonhouder ontworpen die over de kap van de Mark Two kan worden gehaakt en elke mobiele telefoon tussen 2,5 en 4 inch breed kan houden, zodat een operator een time-lapse-video kan maken of een gevoelige afdruk kan controleren .

Deze telefoonhouder heeft slechts drie delen, twee interfaces. Een van die interfaces is een draaiende verbinding die als een scharnier fungeert. Hoewel het niet veel op een zwaluwstaart lijkt, heeft het hetzelfde doel:het zorgt voor een gemakkelijk bedrukbare glijdende pasvorm, dankzij complementaire hoeken.

De andere interface werkt als een lineaire ratel met schuine wanden (om te voorkomen dat ze uit elkaar glijden) en tanden om de breedte van de houder in te stellen. Dit zou op de meeste andere manieren een zeer moeilijke interface zijn om machinaal te maken, maar het was vrij eenvoudig en snel te printen!

Een opmerking over toleranties

Zoals met alles, vereist schrijnwerk het ontwerpen in uw toleranties. Op de Mark Two composiet 3D-printer is voor de meeste algemene doeleinden een opening van 0,08 mm tussen elke muur (diametraal 0,16 mm) voldoende om twee stukken consistent een glijdende pasvorm te laten bereiken. Als een van je oppervlakken wordt opgehouden door ondersteunend materiaal, probeer dan de opening te vergroten tot ongeveer 0,15 mm. Natuurlijk hebben 3D-geprinte onderdelen de neiging om sterk te variëren, dus zorg ervoor dat u de unit test en prototype om de pasvorm te krijgen die u wilt.

Dit is slechts een klein voorbeeld van hoe ontwerpen met schrijnwerk in gedachten kan leiden tot ontwerpen die eenvoudiger zijn en beter passen bij uw 3D-printer. Als je goede verbindingen vindt om af te drukken, tweet naar ons @MarkForged om je ontwerpen te delen!