Design für den Druck Teil 1:3D-gedruckte Komponententests und Toleranzen

Wir alle kennen das:Sie drucken einen Teil aus, der Stunden dauert, nur um festzustellen, dass es ganz nicht funktioniert Passen Sie so an, wie Sie es wollten, und verschwenden Sie so wertvolle Druckzeit und Material an einem schlechten Teil. Der 3D-Druck ist ein Herstellungsprozess, bei dem Sie sich nicht darum kümmern müssen. Sobald Sie Ihr CAD-Modell an den Drucker gesendet haben, können Sie also nicht mehr viel ändern. Teile können Stunden oder sogar Tage dauern, und wenn Sie eine Frist einhalten müssen, ist der vollständige Neudruck des Teils mit korrigierten Toleranzen manchmal kein Luxus, den Sie sich leisten können, weder aus zeitlicher noch aus finanzieller Sicht. Da im FFF-Druck (Fused Filament Fabrication) hergestellte 3D-Druckteile aufgrund der thermischen Kontraktion schrumpfen, drucken 3D-Drucker oft nicht genau die Abmessungen, die Sie ihnen vorgeben, sodass Toleranzen berücksichtigt werden müssen. In diesem Beitrag führe ich Sie durch, wie Sie sicherstellen können, dass die 3D-Drucktoleranzen vor korrekt sind Drucken Sie das gesamte Teil aus, nur um festzustellen, dass sie falsch sind.

Hier werden 3D-gedruckte Teile getestet kommt praktisch. Ein Komponententest ist traditionell ein Softwarebegriff, der im Wesentlichen testet, dass kleine Codeschnipsel unabhängig voneinander funktionieren, bevor sie in das vollständige Skript integriert werden. Beim 3D-Druck werden wir dasselbe tun:Drucken Sie kleine, schnelle Segmente von dem, was später in ein größeres Design integriert wird, um ihre Funktionalität und Passform zu überprüfen oder zu testen, bevor Sie ein riesiges Teil drucken.

Zum Beispiel gleitet die Oberseite dieses 3D-gedruckten Ameisengewichts-Kampfroboters, den ich entwerfe, über eine Reihe von Schwalbenschwanz-inspirierten Rillen (eine ist unten eingekreist) auf die Basis. Der Druck beider Teile zusammen dauert 4 Tage und 7 Stunden, daher möchte ich einen 3D-gedruckten Einheitentest durchführen, um sicherzustellen, dass die Rillen die richtige Größe haben, bevor ich alles drucke.

Entwerfen eines guten Einheitentests für den 3D-Druck

Ein gut gestalteter Komponententest sollte schnell und einfach zu entwerfen und zu drucken sein (ich strebe normalerweise einen Druckauftrag von etwa einer halben bis einer Stunde an). Ich habe eine einzelne Miniaturversion der Rillenpaare modelliert und dann Kopien davon mit unterschiedlichen Flächenversatzabständen erstellt, die von keinem Versatz bis zu einem Versatz von -0,2 mm auf allen Flächen des Schwalbenschwanzes reichen. Dies bedeutet, dass jedes männliche Rillenprofil dünner war als das letzte.

Ich habe auch eine Nummerierung hinzugefügt, damit ich mich daran erinnern kann, welcher Versatzabstand welcher war, wie im folgenden CAD-Screenshot gezeigt:

Testen des 3D-gedruckten Einheitentests

Denken Sie daran, Ihren Komponententest in der Ausrichtung auszudrucken, mit der das letzte Teil gedruckt wird, damit Sie den Test so genau wie möglich machen können. Der Druck dauerte nur 1 Stunde und 15 Minuten, viel besser, als das gesamte Roboterchassis zu drucken und dann festzustellen, dass meine Aufsteckrillen nicht gut toleriert wurden.

Um es zu testen, schiebe ich einfach das weibliche Nutprofilstück auf jedes männliche Profil, beginnend mit dem größten Stirnversatz (-0,2 mm) und arbeite mich bis zu einem Versatz von 0,0 mm vor.

Das -0,2 mm Versatzprofil war sehr locker – ich möchte nicht, dass die Oberseite des Roboters einfach abrutscht. Die -0,15 mm und -0,1 mm männlichen Profile waren anständig, aber nicht so eng, wie ich es gerne hätte. Der Versatz von -0,05 mm war genau richtig – es war eng genug, dass es nicht leicht abgeschlagen werden konnte, und ich konnte es mit etwas Druck abziehen. Das endgültige Profil, 0,0 mm Versatz, war für meinen Geschmack etwas zu eng. Jetzt kann ich den Offset-Wert von -0,05 in mein endgültiges Design eingeben, und ich bin mir sicher, dass es so gleiten wird, wie ich es möchte. Es gibt noch ein paar weitere Funktionen, die das Oberteil tatsächlich in Position halten, aber die Rillen, die die beiden Teile verbinden, waren die Toleranzen, bei denen ich mir nicht sicher war.

Andere Verwendungen von Unit-Tests

Unit-Tests sind wirklich wertvoll für alle möglichen Toleranzen, auch wenn Sie nur ein gutes Gefühl dafür bekommen möchten, wie sich Ihr Drucker unter bestimmten Bedingungen verhält. Um beispielsweise ein Gefühl für die Lochtoleranzen auf einem bestimmten 3D-Drucker zu bekommen, möchten Sie vielleicht so etwas drucken:

Sie können dann die Lochgrößen messen und den gemessenen Wert mit dem in Ihrem CAD-Modell bemaßten Wert vergleichen, wodurch Sie ein gutes Gefühl für die Lochtoleranz erhalten, die Sie in jeder Ebene bei Teilen belassen müssen, die Sie im 3D-Druck bedrucken. Sie können diesen Test dann als Referenz für zukünftige Konstruktionsarbeiten verwenden und bei der Konstruktion nicht nur eines, sondern vieler 3D-gedruckter Teile helfen.

Darüber hinaus können Sie mit unserem Drucker den Unit-Test-Prozess noch einen Schritt weiterführen:Angenommen, Sie müssen das gesamte Robotergehäuse ausdrucken, möchten jedoch sicherstellen, dass alle Komponenten hineinpassen, bevor Sie sich für die Verwendung von Kohlefaser zur Verstärkung des Rahmen. Sie können einen sogenannten 3D-gedruckten Passformprototyp erstellen, um zu testen, ob alle Ihre Komponenten in Ihre 3D-gedruckten Teile passen (oder umgekehrt), bevor Sie Fasern in den Druck einbringen. Dies reduziert erneut Materialverschwendung und senkt die Kosten, sodass Sie die endgültige Geometrie und Form von fasergefüllten Teilen testen können, bevor Sie sie drucken.

Der wahre Wert von Unit-Tests:

Sagen wir, ich habe das gesamte Chassis und das gesamte Oberteil gedruckt und die Rillentoleranz durcheinander gebracht. Dann müsste ich das Ganze zweimal drucken oder ich müsste ein paar Stunden damit verbringen, an einem ziemlich seltsamen kleinen geometrischen Merkmal zu hacken, und das möchte niemand wirklich tun. Das Feilen oder Schleifen von 3D-gedruckten Teilen, um sie passend zu machen, insbesondere wenn es sich um kleine Geometrien handelt, hinterlassen oft Narben, eine schlechte Oberflächenbeschaffenheit und können versehentlich die Funktion beschädigen oder die innere Struktur eines 3D-gedruckten Teils freilegen. Es ist ziemlich offensichtlich, dass es nicht so gut ist, ein großes Teil zweimal zu drucken, als etwas mehr Designzeit zu investieren und dann ein kleines und ein großes Teil zu drucken, aber hier sind die Zahlen für meinen Roboter, falls Sie vom 3D-Druck nicht überzeugt sind Unit-Tests noch:

Unit-Tests sind für große 3D-gedruckte Teile von entscheidender Bedeutung, wenn Sie möchten, dass sie gleich beim ersten Versuch herauskommen. Die Nachbearbeitung ist ein Prozess, den die meisten Leute erwarten, nur beim 3D-Druck zu arbeiten, sei es beim Schleifen von Oberflächen, beim Bohren von Löchern oder beim Feilen falsch dimensionierter Verbindungen. Bei einem Drucker, der so zuverlässig und präzise ist wie der Mark Two Composite-3D-Drucker, muss die Nachbearbeitung kein Schritt sein, den Sie unternehmen müssen, und mit Komponententests können Sie sicherstellen, dass Ihre Teile so herauskommen, wie Sie es möchten zu.

Wenn Sie sich diese Tests selbst ansehen möchten, können Sie sie hier herunterladen.

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