MMF # 5:Руководство по внедрению компонентов в детали, напечатанные на 3D-принтере

Markforged Mechanical Features [MMF] - это серия сообщений в блоге, в которых подробно описываются передовые методы проектирования обычных традиционных инженерных деталей и механических элементов для 3D-печати с композитным армированием с помощью принтеров Markforged.

На прошлой неделе мы изучили нанесение на гайки надпечатки как метод прочного соединения в ваших промышленных деталях, напечатанных на 3D-принтере. В этом посте мы сделаем еще один шаг вперед:применив наложение для проектирования деталей из нескольких материалов, когда для разных компонентов детали требуются разные материалы. Вкратце, процесс надпечатки довольно прост. Вы запускаете печать, приостанавливаете ее на полпути, встраиваете компоненты в задание 3D-печати, а затем возобновляете печать, позволяя выполнять 3D-печать поверх встроенных компонентов.

Это может быть использовано для разработки более интегрированного продукта с электронными компонентами, встроенными в детали, напечатанные на 3D-принтере, его можно использовать, когда два материала необходимы в одном компоненте для достижения желаемых свойств материала, или, в случае, если я объясню ниже, можно использоваться для создания прототипов деталей, которые будут изготавливаться с использованием более дорогих производственных процессов, прежде чем переходить к крупным партиям. Для этого поста я разработал пару плоскогубцев, напечатанных на 3D-принтере, с настраиваемыми губками и эргономичной рукояткой.

Для этой пары плоскогубцев мне нужен был жесткий корпус, но удобные ручки. Оникс немного грубоват для захвата, но довольно жесткий (особенно с армированием волокном), поэтому я использовал оникс и стекловолокно для 3D-печати корпуса плоскогубцев и губок плоскогубцев, а также удобную, прочную нейлоновую 3D-печатную рукоятку.>

Проектирование с надпечаткой по сути является ответвлением от дизайна к сборке:как сделать сборку компонентов простой и быстрой? Поскольку вы встраиваете компоненты в середине печати, а принтеру требуется плоская поверхность для печати, а печатающая головка не должна пересекаться с встраиваемой деталью, проектирование с наложением, таким образом, сводится к созданию хорошей полости. Итак, вот руководство по моделированию и 3D-печати деталей со встроенными компонентами.

Создание пустоты:

Как я упоминал ранее, при проектировании для печати поверх вы будете встраивать детали в пустоту. Приступая к проектированию детали, вы должны с самого начала подумать о том, на какой грани деталь будет печататься, так как вам нужно знать это, чтобы правильно встроить деталь. В этой части я хочу вставить основную часть плоскогубцев с одной стороны в рукоятки. Все эти части напечатаны на 3D-принтере, но в этом случае должны быть только ручки. Если вы выполняете печать поверх детали, вам может потребоваться, чтобы она полностью помещалась в печатную деталь, или, как в случае с этим набором плоскогубцев, вы можете просто разместить часть детали, и в этом случае вам понадобятся ребра или какой-либо другой элемент, чтобы удерживать деталь в ограниченном состоянии, как показано ниже.

Чтобы создать пустоту, вам понадобится хорошая CAD-модель как части, которую вы напечатаете на 3D-принтере, так и части, которую вы встраиваете, тогда создание пустоты так же просто, как создание логической операции:вычтите часть, которую вы внедрите, из 3D печатная часть. Если деталь, которую вы встраиваете, имеет скругленные или скошенные верхние края, эти элементы необходимо будет удалить с детали, которую вы печатаете на 3D-принтере - плоский потолок необходим.

В САПР вам также нужно будет проверить особенности встроенной детали, которые будут пересекать рабочую пластину или головку экструдера. Если часть встраиваемой детали выступает над полостью, есть вероятность, что рабочая пластина ударится о нее. Чтобы учесть это, вы должны либо попытаться обеспечить, чтобы деталь, которую вы встраиваете, имела плоскую верхнюю поверхность, либо выдавливание было достаточно далеко, чтобы головка экструдера не ударилась о нее, с учетом всех движений головка экструдера, включая обнуление и проверку смещения. На композитном 3D-принтере Mark Two пластиковое сопло находится примерно в 35 мм от передней части печатающей головки, поэтому все, что находится в вашей встроенной детали ближе, чем это, может попасть в печатающую головку. что встроенная часть выступает в сторону передней части принтера. Если она выступает сбоку или сзади, печатающая головка имеет больше шансов столкнуться с ней из-за того, что печатающая головка обнуляет и выполняет проверку смещения. Например, в разработанных мной плоскогубцах губки подняты выше, чем плоскость, на которой будут напечатаны рукоятки. Расстояние между губками для очистки головки экструдера составляло чуть более 35 мм.

Действительно важный шаг, который следует помнить при проектировании вашей 3D-печатной детали, - это учет допусков. После того, как вы выполнили логическую операцию, вам нужно будет сместить каждую грань примерно на 0,08 мм на каждой грани, чтобы гарантировать, что вы получите поверхность на одном уровне со слоем, на котором будет приостановлена ​​эта часть. Это также относится к стенкам полости - если вы не можете поместить свою деталь внутрь полости из-за того, что полость слишком мала, то вы не сможете исправить ее, пока не напечатаете новую! Лучше перестраховаться и сделать полость немного завышенной.

Если ваша верхняя поверхность имеет необычную геометрию, вам нужно будет спроектировать дополнительную вставку для добавления в полость, чтобы обеспечить надежную посадку, которая формируется на верхней поверхности встроенной детали. Этот процесс объясняется во второй половине моего сообщения в блоге о встроенных орехах за прошлую неделю, и точно такой же процесс можно реализовать для других компонентов. Если вы не хотите этого делать, один из способов обойти это - наклонить потолок полости над вставленной деталью, но тогда это означает, что компонент, в зависимости от его геометрии, может быть незакрепленным внутри детали, напечатанной на 3D-принтере.>

Обычно при проектировании надпечатки я стараюсь избегать использования вспомогательного материала. Однако в некоторых случаях это необходимо для конструкции, и это не проблема:материал основы можно легко удалить из полости перед установкой во встроенный компонент.

Добавление пауз в Эйгере:

Во внутреннем меню просмотра Эйгера вы можете легко добавить паузу после выбранного слоя, что упрощает встраивание деталей в ваши 3D-печатные компоненты. Найдите слой непосредственно перед тем, как крыша полости начнет печататься, и нажмите «Пауза после слоя». На этом слое вы можете отметить время, которое потребуется, чтобы перейти к паузе, и использовать это, чтобы определить, когда следует проверить отпечаток. работа.

Помните, что если ваши детали не требуют опорного материала, рекомендуется отключить опоры. Однако если они это сделают, это нормально! Вы сможете удалить их, как я объясню позже.

Ориентируя деталь на рабочей пластине, помните о ее доступности. Вам нужно иметь возможность быстро вставить деталь и возобновить печать, ориентируя деталь так, чтобы вы могли легко добраться до нее. Для этой части я поместил ее полностью спереди, чтобы можно было легко вставить плоскогубцы.

Добавление детали:

Когда приходит время добавить деталь к печати, решающее значение имеют время и скорость. Поскольку принтеры Markforged являются машинами FFF (Fused Filament Fabrication), пластик нагревается, экструдируется и охлаждается. Когда он охлаждается, он немного сжимается, что, если печать приостанавливается на достаточно долгое время, может вызвать гораздо более слабую адгезию слоя на этой плоскости. Помещая деталь в задание на печать, вы хотите сделать это как можно быстрее, чтобы снизить этот риск. Используя Eiger, вы можете оценить, когда ваш принтер остановится, чтобы вы могли вовремя появиться и быть готовым к его остановке. Как я объяснил ранее, вспомогательные материалы могут потребоваться из-за других особенностей вашего дизайна. Например, для этой ручки требуются опоры, потому что она имеет сложную нижнюю поверхность. В моем случае пустота, которую я спроектировал, будет заполнена опорами, но это не проблема - если это произойдет, вы можете просто вытащить их, прежде чем вставлять деталь.

Пришло время поместить деталь в печать. Вот почему так важны допуски. Вам нужно убедиться, что встроенный компонент находится на одном уровне или немного ниже слоя, на котором остановлена ​​печать. Если она немного приподнята, ваша печатающая головка заедет о встроенный компонент и испортит всю печать, или же нить застрянет при попытке печати поверх компонента.

Когда печать на 3D-принтере Markforged приостанавливается, печатающая головка отодвигается в сторону, что позволяет легко снять рабочую пластину с принтера и добавить свою деталь. Кинематически связанная рабочая пластина гарантирует, что платформа для печати встанет на место, когда вы захотите продолжить.

Если вы добавляете компонент, который не является деталью, напечатанной на 3D-принтере Markforged, вам нужно будет добавить слой клея на верхнюю поверхность детали. Этот клей обычно наносится на рабочую пластину в начале печати, чтобы улучшить адгезию рабочей пластины, и в этом контексте мы используем его по тем же причинам - нейлон лучше прилипает к верхней поверхности детали.

И после того, как я напечатал два из них и вставил небольшой штифт в стык, у меня теперь есть пара плоскогубцев, напечатанных на 3D-принтере, с настраиваемыми сменными губками и эргономичными захватами!

Если вы хотите сделать это самостоятельно, вот файлы:

Плоскогубцы и штифты МФУ (требуется оникс и стекловолокно)

Захваты МФУ (требуется нейлон)

Пользовательское МФУ JAW (требуется нейлон)

Плоскогубцы STL

Закрепить STL

Ручка STL

Пользовательский STL челюсти

Другие приложения:

Область применения печати надпечаткой очень широка, потому что она позволяет создавать полностью интегрированные сборки, которые нельзя было бы создать никаким другим способом. Хотя этот пример представляет собой встраивание части компонента для создания эргономичного захвата, вы также можете встраивать компоненты целиком и применять те же правила. Например, вы можете захотеть создать прототип детали, которая в конечном итоге будет отформована поверх, или вы можете захотеть создать деталь со встроенной электроникой для интегрированной электромеханической системы. Вы можете встроить скрытые гайки или подшипники в 3D-печатную деталь или создать многоматериальную конструкцию с помощью одного 3D-принтера с экструдером для пластика. Если вы пробовали печатать и встраивать компоненты в детали, напечатанные на 3D-принтере, поделитесь с нами в Twitter, Instagram или Facebook!