MMF #5:Ein Leitfaden zum Einbetten von Komponenten in 3D-gedruckte Teile

Markforged Mechanical Features [MMF] ist eine Reihe von Blog-Posts, in denen Best Practices für die Entwicklung gängiger traditioneller Konstruktionsteile und mechanischer Features für den verbundverstärkten 3D-Druck mit Markforged-Druckern beschrieben werden.

Letzte Woche haben wir das Überdrucken von Muttern als Methode für starke Verbindungen innerhalb Ihrer industrietauglichen 3D-gedruckten Teile untersucht. In diesem Beitrag gehen wir noch einen Schritt weiter:indem wir Überdrucken verwenden, um Teile aus mehreren Materialien zu entwerfen, wenn unterschiedliche Materialien in verschiedenen Komponenten eines Teils benötigt werden. Als kurzer Überblick, der Prozess zum Überdrucken ist ziemlich einfach. Sie starten einen Druck, unterbrechen ihn mittendrin, betten Komponenten in den 3D-Druckauftrag ein und setzen den Druck dann fort, sodass er über die eingebetteten Komponenten in 3D drucken kann.

Dies könnte verwendet werden, um ein stärker integriertes Produkt zu entwickeln, bei dem elektronische Komponenten in 3D-gedruckte Teile eingebettet sind verwendet werden, um Prototypen von Teilen zu erstellen, die mit teureren Herstellungsverfahren hergestellt werden sollen, bevor große Losmengen festgelegt werden. Für diesen Beitrag habe ich eine 3D-gedruckte Zange mit anpassbaren Backen und einem ergonomischen Griff entworfen.

Für diese Zange wollte ich einen steifen Körper, aber bequeme Griffe. Der Onyx ist etwas rau für Griffe, aber ziemlich steif (besonders mit Faserverstärkung), also habe ich Onyx und Fiberglas verwendet, um den Körper der Zange und die Backen der Zange und einen bequemen, robusten 3D-gedruckten Nylongriff in 3D zu drucken.

Die Konstruktion zum Überdrucken zweigt im Wesentlichen von der Konstruktion für die Montage ab:Wie kann man Komponenten einfach und schnell zusammenbauen? Da Sie Komponenten mitten im Druck einbetten und der Drucker eine ebene Oberfläche zum Drucken benötigt und der Druckkopf sich nicht mit dem einzubettenden Teil überschneiden darf, kommt es bei der Gestaltung des Überdruckens auf die Gestaltung einer guten Kavität an. Hier ist also eine Anleitung zum Modellieren und 3D-Drucken von Teilen mit eingebetteten Komponenten.

Die Leere gestalten:

Wenn Sie für das Überdrucken entwerfen, werden Sie, wie ich bereits erwähnt habe, Teile in einen Hohlraum einbetten. Wenn Sie mit Ihrem Teiledesign beginnen, sollten Sie von Anfang an überlegen, von welcher Seite das Teil gedruckt wird, da Sie dies wissen müssen, um ein Teil richtig einzubetten. Für diesen Teil möchte ich den Hauptkörper einer Seite der Zange in die Griffe einbetten. Alle diese Teile sind zufällig 3D-gedruckt, aber nur die Griffe müssen für diesen Fall sein. Wenn Sie ein Teil überdrucken, müssen Sie es möglicherweise vollständig in das gedruckte Teil einfügen, oder wie bei dieser Zange möchten Sie möglicherweise nur einen Abschnitt des Teils platzieren. In diesem Fall benötigen Sie Rippen oder eine andere Art von Funktion, um das Teil beschränkt zu halten, wie unten gezeigt.

Um die Leerstelle zu erstellen, benötigen Sie ein gutes CAD-Modell sowohl des Teils, das Sie in 3D drucken möchten, als auch des Teils, das Sie einbetten möchten. Dann ist das Erstellen der Leerstelle so einfach wie das Erstellen einer booleschen Operation:Subtrahieren Sie das Teil, das Sie einbetten möchten, von der 3D gedruckter Teil. Wenn das Teil, das Sie einbetten möchten, verrundete oder abgeschrägte Oberkanten hat, müssen diese Merkmale von dem Teil entfernt werden, das Sie 3D-drucken möchten – eine flache Decke ist erforderlich.

In CAD müssen Sie auch nach Merkmalen im eingebetteten Teil suchen, die die Bauplatte oder den Extruderkopf schneiden. Wenn ein Abschnitt des einzubettenden Teils über die Kavität hinausragt, besteht die Möglichkeit, dass die Bauplatte darauf trifft. Um dies zu berücksichtigen, sollten Sie entweder versuchen, sicherzustellen, dass das einzubettende Teil eine ebene Oberseite hat, oder dass die Extrusion weit genug entfernt ist, damit der Extruderkopf unter Berücksichtigung aller Bewegungen der des Extruderkopfes, einschließlich Nullpunktabgleich und Versetzungsprüfung. Beim Mark Two Composite-3D-Drucker befindet sich die Kunststoffdüse etwa 35 mm von der Vorderseite des Druckkopfs entfernt, sodass alles, was in Ihrem eingebetteten Teil näher liegt, vom Druckkopf getroffen werden kann. In diesen Fällen müssen Sie Ihr Teil so ausrichten dass der eingebettete Teil zur Vorderseite des Druckers herausragt. Wenn es seitlich oder hinten herausragt, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass der Druckkopf hineinstößt, da der Druckkopf auf Null setzt und Versetzungsprüfungen durchführt. Bei der von mir entworfenen Zange sind die Backen beispielsweise höher angehoben als die Fläche, um die die Griffe gedruckt werden. Die Backen hatten einen Abstand von etwas mehr als 35 mm, um den Extruderkopf freizugeben.

Ein wirklich wichtiger Schritt, den Sie beim Entwerfen Ihres 3D-gedruckten Teils beachten sollten, ist die Berücksichtigung der Toleranz. Nachdem Sie die boolesche Operation ausgeführt haben, müssen Sie jede Fläche auf jeder Fläche um ca. 0,08 mm versetzen, um sicherzustellen, dass Sie eine Oberfläche erhalten, die bündig mit der Ebene ist, auf der dieser Teil pausiert. Dies gilt auch für die Wände der Kavität – wenn Sie Ihr Teil nicht in die Kavität einpassen können, weil die Kavität etwas zu klein ist, können Sie es nicht reparieren, es sei denn, Sie drucken eine neue! Seien Sie lieber auf Nummer sicher und gestalten Sie die Kavität etwas überdimensioniert.

Wenn Ihre Oberseite eine ungewöhnliche Geometrie hat, müssen Sie einen zweiten Einsatz konstruieren, der der Kavität hinzugefügt wird, um einen sicheren Sitz zu gewährleisten, der sich an die Oberseite des eingebetteten Teils anpasst. Dieser Vorgang wird in der zweiten Hälfte meines Blogposts zu eingebetteten Nüssen von letzter Woche erklärt, und genau der gleiche Vorgang kann für andere Komponenten implementiert werden. Wenn Sie dies lieber nicht tun möchten, besteht eine Möglichkeit, dies zu umgehen, darin, die Decke der Kavität über dem eingefügten Teil abzuwinkeln, aber dann kann das Bauteil je nach Geometrie lose im 3D-gedruckten Teil liegen.

Normalerweise versuche ich bei der Gestaltung zum Überdrucken, die Verwendung von Stützmaterial zu vermeiden. In manchen Fällen ist es jedoch konstruktionsbedingt notwendig, und das ist kein Problem:Stützmaterial kann vor dem Einlegen in das eingebettete Bauteil leicht aus der Kavität entfernt werden.

Pausen in Eiger hinzufügen:

Im internen Ansichtsmenü von Eiger können Sie nach einer ausgewählten Schicht ganz einfach eine Pause hinzufügen, um Teile einfach in Ihre 3D-gedruckten Komponenten einzubetten. Suchen Sie die Schicht, kurz bevor das Dach der Kavität zu drucken beginnt, und klicken Sie auf "Pause After Layer". Arbeit.

Denken Sie daran, dass es eine gute Idee ist, die Stützen auszuschalten, wenn Ihre Teile kein Stützmaterial benötigen. Wenn doch, ist das in Ordnung! Sie können sie entfernen, wie ich später erklären werde.

Berücksichtigen Sie beim Ausrichten Ihres Teils auf der Bauplatte die Zugänglichkeit des Teils. Sie möchten das Teil schnell einlegen und den Druck fortsetzen können, also richten Sie Ihr Teil so aus, dass Sie es leicht erreichen können. Für diesen Teil habe ich ihn ganz vorne platziert, damit ich den Zangenkörper leicht einrasten kann.

Teil hinzufügen:

Wenn es darum geht, das Teil dem Druck hinzuzufügen, sind Timing und Geschwindigkeit entscheidend. Da Markforged-Drucker FFF-Maschinen (Fused Filament Fabrication) sind, wird der Kunststoff erhitzt, extrudiert und gekühlt. Beim Abkühlen schrumpft es leicht, was, wenn der Druck lange genug angehalten wird, zu einer viel schwächeren Schichthaftung auf dieser Ebene führen kann. Wenn Sie ein Teil in einen Druckauftrag einfügen, möchten Sie dies so schnell wie möglich tun, um dieses Risiko zu verringern. Mit Eiger können Sie abschätzen, wann Ihr Drucker pausieren wird, damit Sie pünktlich erscheinen und vorbereitet sein können, wenn Ihr Drucker pausiert. Wie ich bereits erwähnt habe, kann aufgrund anderer Merkmale in Ihrem Design Unterstützungsmaterial erforderlich sein. Dieser Griff erfordert beispielsweise Stützen, da er eine komplexe Unterseite hat. In meinem Fall füllt sich die Lücke, die ich entworfen habe, mit Stützen, aber das ist kein Problem – wenn dies passiert, können Sie sie einfach herausziehen, bevor Sie das Teil einfügen.

Jetzt ist es an der Zeit, das Teil in den Druck zu legen. Deshalb sind Toleranzen so wichtig. Sie müssen sicherstellen, dass die eingebettete Komponente perfekt bündig ist oder leicht unter der Ebene liegt, auf der der Druck angehalten wird. Wenn es leicht angehoben wird, klemmt Ihr Druckkopf gegen die eingebettete Komponente und verfälscht den gesamten Druck, oder das Filament staut sich, wenn Sie versuchen, über die Komponente zu drucken.

Wenn ein Druck auf dem Markforged 3D-Drucker pausiert, bewegt sich der Druckkopf aus dem Weg, sodass Sie die Bauplatte einfach vom Drucker entfernen und Ihr Teil hinzufügen können. Die kinematisch gekoppelte Bauplatte sorgt dafür, dass das Druckbett sofort wieder einrastet, wenn Sie fortfahren möchten.

Wenn Sie eine Komponente hinzufügen, die kein 3D-gedrucktes Markforged-Teil ist, müssen Sie eine Klebstoffschicht auf die Oberseite des Teils auftragen. Dieser Kleber wird normalerweise zu Beginn eines Drucks auf die Bauplatte aufgetragen, um die Haftung der Bauplatte zu unterstützen, und in diesem Zusammenhang verwenden wir ihn aus genau den gleichen Gründen – das Nylon haftet besser an der Oberseite des Teils.

Und nachdem ich zwei davon gedruckt und einen kleinen Stift an der Verbindung eingerastet habe, habe ich jetzt eine 3D-gedruckte Zange mit anpassbaren, austauschbaren Backen und ergonomischen Griffen!

Wenn Sie diese selbst erstellen möchten, sind hier die Dateien:

Zange und Stift MFP (benötigt Onyx und Glasfaser)

Griffe MFP (erfordert Nylon)

Custom JAW MFP (erfordert Nylon)

Zange STL

Pin STL

Griff STL

Benutzerdefinierte Kiefer-STL

Andere Anwendungen:

Die Anwendungsmöglichkeiten des Überdruckens sind weitreichend, da Sie vollintegrierte Baugruppen erstellen können, die auf keine andere Weise hätten erstellt werden können. Während dieses Beispiel das Einbetten eines Abschnitts einer Komponente darstellt, um einen ergonomischen Griff zu erstellen, können Sie auch ganze Komponenten einbetten und es gelten die gleichen Regeln. Sie möchten beispielsweise einen Prototyp für ein Teil erstellen, das schließlich umspritzt wird, oder Sie möchten ein Teil mit eingebetteter Elektronik für ein integriertes elektromechanisches System erstellen. Vielleicht möchten Sie versteckte Muttern oder Lager in ein 3D-gedrucktes Teil einbetten oder einen Multimaterial-Build mit einem einzigen Kunststoffextruder-3D-Drucker erstellen. Wenn Sie das Überdrucken und Einbetten von Komponenten in 3D-gedruckte Teile ausprobiert haben, teilen Sie uns dies bitte auf Twitter, Instagram oder Facebook mit!