Революция в 3D-печати: точные стыковки для лёгкой сборки

Кейс армии США

Прочитайте нашу новейшую историю успеха клиента о крупной учебной базе армии США.

С запуском Onyx, нашего нитьи из нейлона, наполненного микrouглеродным волокном, мы тестировали его возможности. Исключительная отделка поверхности и размерная стабильность филамента делают его идеальным для создания точных стыковок, вдохновив это руководство по прочным 3D-печатным соединениям с использованием настольного принтера.

Стыковка (joinery) — термин из столярного дела, описывающий искусство соединения двух кусков материала путём геометрического их констрейнирования. Сильная стыковка предлагает надёжные соединения с минимумом крепежа, упрощая сборку. Традиционная стыковка может быть сложной и трудоёмкой, тогда как болты и винты полагаются на простые отверстия и стандартные крепежи.

3D-печать отлично справляется с производством сложных геометрий без наценки по цене. FDM-процесс со слоями ограничивает свойства материала, поэтому дизайнеры должны переосмыслить геометрию для снижения сложности сборки и стоимости. Заимствуя концепции стыковки из столярного дела и литья под давлением, можно создавать печатаемые интерфейсы, использующие геометрическую свободу 3D-печати.

Ласточкиные хвосты (Dovetails)

Пока прямые углы — стандарт в механической обработке, 3D-принтеры относятся к ласточкиным хвостам и прямым стенкам одинаково. Ласточьи хвосты добавляют третью степень свободы, позволяя скользящие или самозафиксирующиеся соединения без крепежа. Этот принцип работает для Т-стыков, скользящих сборок и многого другого.

Пример скользящей коробки демонстрирует, как ласточьи-хвостообразное ограничение можно достичь с простой наклонной пластиной. Она скользит чисто, имеет фиксатор для щёлкающего замыкания и печатается на Mark Two без поддержек, давая отличную посадку с первой попытки.

Посмотрите наше Руководство по дизайну композитов

Наклонная геометрия также помогает 3D-печати. Боковой V-профиль может констрейнить движение способами, сложными для механической обработки, но тривиальными для печати. И наоборот, классические шплинтово-пазовые соединения создают нависы, ухудшающие размерную точность, поэтому их лучше избегать, если возможно.

Щёлкающие соединения (Snap Fits)

Щёлкающие соединения — экономичная стратегия соединения в литье под давлением, использующая эластичную деформацию пластика. Они хорошо переносятся в FDM при правильной ориентации: печатаются в плоскости XY, чтобы избежать сдвига вдоль Z-оси. Тонкие поперечные сечения снижают изгибающие моменты, но ориентация важна.

Печать щёлкающего соединения вертикально помещает растягивающие силы на границы слоёв, повышая риск отказа. На боку поперечное сечение щёлкающего соединения не имеет плоскостей слоёв, улучшая предсказуемость. Для более крупных щёлкающих соединений печать на боку также позволяет направлять волокно в зуб, полностью используя композитную прочность.

Закажите бесплатный образец детали

Щёлкающие соединения могут принимать множество форм в зависимости от приложения. Поскольку FDM не ограничен геометрией формы, вы можете экспериментировать с размещением и геометрией до финализации. Быстрое прототипирование позволяет итерироваться через вариации быстро.

Собираем вместе: держатель телефона

Для иллюстрации скользящих и щёлкающихся механизмов я спроектировал держатель телефона, крепящийся к капоту Mark Two и фиксирующий телефоны шириной 2,5–4 дюйма. Держатель имеет всего три детали и два интерфейса.

Первый интерфейс — крутящийся шарнир, использующий дополнительные углы для чистого скользящего прилегания. Второй интерфейс — линейный кремень с наклонными стенками и зубьями, задающий ширину держателя. Этот дизайн был бы трудно обработать механически, но печатается быстро и надёжно.

Примечание о допусках

Стыковка требует тщательного проектирования допусков. На Mark Two зазор 0,08 мм между стенками (0,16 мм диаметр) обычно даёт надёжное скользящее прилегание. Если поверхность опирается на поддерживающий материал, увеличьте зазор до ~0,15 мм. Поскольку напечатанные детали могут варьироваться, всегда прототипируйте и тестируйте для подтверждения желаемого прилегания.

Проектирование со стыковкой в уме может упростить ваши модели и улучшить посадку. Делитесь своими успешными стыковками с нами в Twitter @MarkForged.