3D-печать столярных изделий:упрощение сборки

США. Пример использования армии

Столярные изделия - это термин, обычно встречающийся в деревообработке, относящийся к практике соединения двух деревянных частей вместе, геометрически ограничивая их. Хорошие столярные изделия обеспечивают прочные соединения при практически полном отсутствии таких крепежных элементов, как гвозди или шурупы. Столярные изделия полезны, потому что они обеспечивают прочное соединение с менее сложным процессом сборки. Однако обычно это сложные формы, проектирование и создание которых требует времени, в то время как для болтов и винтов требуется только отверстие и крепеж массового производства.

3D-печать занимает интересное положение как метод изготовления, потому что печать сложной геометрии часто не дороже, чем печать блока. Вместо этого печать FDM ограничена свойствами материала и процессом построения слоев. Таким образом, проектирование для 3D-печати требует нового мышления, и частью этого мышления является использование геометрической свободы 3D-принтера для снижения сложности и стоимости окончательной сборки. Один из способов сделать это - взглянуть на столярные изделия, изобретенные для обработки дерева и литья под давлением, и применить их к ограничениям 3D-печати. В этом блоге я обсуждаю использование простых соединений, таких как «ласточкин хвост» и защелкивание, для улучшения ваших печатных дизайнов, а также приводю несколько примеров.

Ласточкин хвост

Когда дело доходит до ограничения двух частей, многие люди думают под прямым углом. И это эффективно, особенно если думать о механической обработке; прямые углы, как правило, сделать намного проще и быстрее, чем нечетные, требуя меньшего количества настроек и никаких специальных битов или таблиц индексации. Однако для 3D-принтера ласточкин хвост и прямые стены - это одно и то же. Без дополнительных усилий вы можете ограничить другую степень свободы. Это пригодится везде, будь то раздвижной узел или тройник без застежек.

Думая об углах, помните, что устоявшаяся форма «ласточкин хвост» - не единственное применение. Сдвижная коробка из двух частей, показанная выше, обеспечивает такое же удержание, как и ласточкин хвост, но больше похожа на пластину со скошенными сторонами. Это позволяет ему легко скользить вместе с другой половиной коробки и даже включает небольшой фиксатор на конце, чтобы закрыть его. Эту форму было бы очень сложно изготовить другими способами, но она напечатана на Mark Two без вспомогательных материалов и обеспечивает отличную посадку и чистоту поверхности с первой попытки.

Ознакомьтесь с нашим Руководством по дизайну композитов

Угловая геометрия в целом может помочь в 3D-печати. Например, печать бокового V-профиля, показанного ниже слева, может создать ограничение, которое будет трудно обработать, но распечатать тривиально. Между тем, классическое соединение шпунт-паз, как показано справа, трудно сделать большинству принтеров из-за создаваемого им выступа. Этот выступ приводит к плохой опоре нижней поверхности с плохой точностью размеров, и его следует по возможности избегать.

Привязка

Обычно используемый метод дешевого соединения деталей, изготовленных литьем под давлением, - это соединение с защелкой. Это хорошие формы для пластмасс, потому что они не выходят за рамки геометрических ограничений изготовления пресс-форм и используют способность пластика упруго деформироваться, а затем возвращаться в форму. Поскольку защелкивающиеся соединения предназначены для пластика, их легко адаптировать для 3D-печати… в плоскости XY. Большинство пользователей 3D-принтеров знают, что объекты, напечатанные на настольных FDM-принтерах, значительно более восприимчивы к отказу при растяжении по оси Z (указывающей из рабочей пластины), чем по осям X и Y, из-за межслойных границ. Поскольку защелкивающиеся посадки обычно имеют тонкое поперечное сечение (для уменьшения изгибающего момента зажима), они должны быть напечатаны на 3D-принтере «лежа» на рабочей пластине, чтобы не повредить их при многократном использовании.

На этой диаграмме показано увеличенное изображение слоев напечатанной оснастки. При печати в вертикальном положении (на фото слева) силы, отклоняющие защелкивание, также создают натяжение между слоями, что значительно повышает вероятность его поломки. Напечатано на его задней части (на фото в центре), фиксатор определенно будет более прочным, но все же имеет плоскость среза, проходящую между зубом и рукой. Напечатано, лежащее на боку (на фото справа), однако, защелкивающаяся посадка не имеет границ слоев в поперечном сечении, что придает ей более предсказуемую прочность. И, если защелка достаточно велика, печать на ее стороне позволит провести волокно в зуб, тем самым используя всю прочность детали Markforged. Это же правило применяется к зубьям шестерен, храповикам и любым другим выступам, которые должны выдерживать значительную нагрузку.

Запросить бесплатный образец детали

Помните также, что посадки с защелками могут принимать разные формы в зависимости от области применения, и что конструкция и ориентация посадки с защелками могут изменяться в зависимости от вашего проекта. В частности, пригонки с защелкиванием, выходящие из 3D-принтера, не ограничиваются толщиной или формой пресс-формы, поэтому вы можете проявить творческий подход к тому, куда вы их поместите (см. Ниже). Принтеры позволяют быстро и легко создавать прототипы, поэтому попробуйте несколько геометрических фигур, прежде чем выбирать окончательную форму.

Собираем вместе:держатель для телефона

Чтобы продемонстрировать скользящие приспособления и защелкивающиеся механизмы, я разработал этот держатель для мобильного телефона, который крепится к крышке Mark Two и удерживает любой сотовый телефон шириной от 2,5 до 4 дюймов, чтобы оператор мог снимать замедленное видео или контролировать чувствительную печать. .

В этом держателе телефона всего три части, два интерфейса. Один из таких интерфейсов - скручивающееся соединение, которое действует как шарнир. Хотя он не очень похож на ласточкин хвост, он служит той же цели:он позволяет легко печатать скользящую посадку благодаря дополнительным углам.

Другой интерфейс работает как линейный храповик с наклонными стенками (чтобы они не соскальзывали) и зубцами для установки ширины держателя. Этот интерфейс было бы очень сложно создать на машине другими способами, но его было довольно легко и быстро распечатать!

Примечание о допусках

Как и все остальное, столярные изделия требуют соблюдения ваших допусков. На композитном 3D-принтере Mark Two для большинства общих целей зазора 0,08 мм между каждой стенкой (0,16 мм по диаметру) достаточно, чтобы две детали могли стабильно скользить. Если одна из ваших поверхностей удерживается опорным материалом, попробуйте увеличить зазор до 0,15 мм или около того. Конечно, детали, напечатанные на 3D-принтере, обычно сильно различаются, поэтому обязательно проведите модульное тестирование и прототип, чтобы добиться нужного результата.

Это всего лишь один небольшой пример того, как проектирование с учетом столярных изделий может привести к созданию более простых дизайнов, которые лучше подходят для вашего 3D-принтера. Если вы найдете хорошие стыки для печати, напишите нам в Твиттере @MarkForged, чтобы поделиться своими проектами!