Einbetten von Muttern in 3D-gedruckte Teile für die Stärke versteckter Befestigungselemente

USA Fallstudie Armee

Wir haben bereits behandelt, wie Sie dies umgehen können, indem Sie Ihren 3D-gedruckten Kunststoffen mit thermofixierten Gewindeeinsätzen etwas Metall hinzufügen. Der Einsatz schmilzt und schmilzt den Kunststoff um das Teil herum, wodurch es fester und sicherer wird. Dies ist jedoch möglicherweise nicht immer eine gute Option – obwohl Einsätze funktionieren, unterliegen sie einigen Designbeschränkungen. Der Einsatz muss auf der Vorderseite eines Teils liegen und seine Auszugsfestigkeit kann nicht über die Materialeigenschaften des den Einsatz umgebenden Kunststoffs hinaus verstärkt werden.

Dafür gibt es jedoch Workarounds in Form von Überdrucken. Diese Technik hat mehrere Namen:Überdrucken, Co-Processing und eingebettetes Drucken sind nur einige davon. Die Technik ähnelt dem Umspritzen beim Spritzgießen und Gießen, bei dem Teile in die Form gelegt und mit Kunststoff oder Gummi umgossen werden. Ein Beispiel wäre die Herstellung von Rollerrädern – die Gummireifen werden tatsächlich um die Metallnaben gegossen.

Übersicht

Diese Technik können wir auch im 3D-Druck nutzen – indem wir in einer Pause externe Komponenten in einen Druck einbetten. Mit diesem Prozess können Sie einige saubere, unmöglich herzustellende Baugruppen herstellen. Durch das Einbetten von Muttern in 3D-gedruckte Teile können wir mehr Material zwischen Schraube und Mutter hinzufügen, als dies mit einem Einsatz möglich wäre, um sowohl die Mutter zu verbergen als auch die Auszugsfestigkeit zu erhöhen. Wir können sogar die Schichten, die die Mutter einschließen, mit Fasern verstärken, was starke, versteckte Schraubenverbindungen in Ihren industrietauglichen 3D-gedruckten Teilen ermöglicht. Der grundlegende Konstruktionsprozess dafür besteht darin, eine Kavität in der Größe der eingebetteten Mutter zu entwerfen, die Sie in das 3D-gedruckte Teil einfügen möchten, den Druck kurz vor dem Drucken der obersten Schicht der Kavität anzuhalten, Ihre Komponente hinzuzufügen und den Druck zuzulassen weiter.

Designrichtlinien:

1. Toleranzen: Beim Einbetten von Komponenten in 3D-gedruckte Teile müssen Sie sich vor allem an die Toleranzen Ihres Druckers erinnern. Wenn Sie beim Mark Two einen Abstand von 0,05 bis 0,08 mm an allen Seiten lassen, erhalten Sie eine ziemlich gute Passform für Ihr Teil. Dies sollte sicherheitshalber den gemessenen Abmessungen Ihres Teils entsprechen. Die von einem Hersteller angegebenen Maße haben immer ihre eigenen Toleranzen! Ein zu offener Hohlraum greift nicht in die Außenseite der Mutter, sodass Sie keine Schraube hineindrehen können. Ein zu kleiner Hohlraum, gut, Sie können die Mutter nicht hineinpassen.
2. Die Oberseite: Die Oberseite des Teils, das Sie einbetten, ist ebenfalls ziemlich wichtig. Wenn die Oberseite des einzubettenden Teils eine flache Seite hat, möchten Sie Ihr Teil wahrscheinlich so gestalten, dass der Drucker direkt darauf druckt. In diesem Fall möchten Sie möglicherweise etwas Kleber auf die Oberseite auftragen deines Teils. Wenn die Oberseite des Teils nicht flach ist, müssen Sie eine Kavität entwerfen, die beim Drucken nicht die Oberseite Ihres Teils berührt. In jedem Fall MUSS sich die Oberseite des einzubettenden Teils unter dem Druckkopf befinden, sobald es in das 3D-gedruckte Teil eingesetzt wird, sonst wird der Druckkopf traurig und kann darauf laufen. Eines der wichtigsten Dinge, die Sie beim Entwerfen Ihres Teils beachten sollten, ist, von welcher Seite es gedruckt wird und wo die Pause sein wird.
3. Unterstützungsmaterial: Idealerweise möchten Sie beim Einbetten von Teilen keine Stützen verwenden, da diese im Weg sind. Wenn es jedoch aufgrund anderer Merkmale des Teils erforderlich sein sollte, müssen Sie diese in der Pause vor dem Einsetzen der Mutter entfernen und sicherstellen, dass keine Stützen über die Luft oder auf die Mutter gedruckt werden, sobald sie es sind wurde eingebettet.
4. Muttertyp auswählen: Wenn es um das Einbetten von Muttern in Ihre Konstruktionen geht, sind Vierkantmuttern für diese Anwendung eigentlich viel besser geeignet, da sie weniger wahrscheinlich die Innenflächen der Kavität abstreifen, wenn Sie sie zu stark anziehen. Sechskantmuttern sind jedoch viel häufiger und bekannter, daher werde ich in diesem Handbuch hauptsächlich Sechskantmuttern verwenden, da Sie wahrscheinlich damit vertraut sind. Wenn Sie wirklich darauf eingehen möchten, sind Vierkantmuttern eine gute Investition.

Einbetten von Muttern in die XY-Ebene

1. Gestaltung der Kavität: Das Entwerfen des Hohlraums für Ihre Mutter ist ziemlich einfach. Nachdem Sie Ihr Schraubenloch entworfen haben, messen Sie die Abmessungen der Mutter, die Sie einbetten, und CAD im Hohlraum unter Verwendung des Schraubenlochs als Mittelpunkt. Normalerweise erstelle ich eine Konstruktionsebene auf jeder Ebene, auf der die Kavität beginnt oder endet, und erstelle eine Skizze darauf.

Als nächstes messen Sie die Mutter, die Sie einbetten möchten, und skizzieren Sie den Hohlraum. In diesem Fall verwende ich eine M5 Sechskantmutter mit einer Breite von 7,85 mm und einer Höhe von 3,85 mm. Ich habe dies direkt mit einem Satz Bremssättel gemessen, anstatt das Datenblatt zu verwenden, das besagt, dass es 8 mm x 4 mm ist. Anstatt die Mutternabmessungen direkt einzugeben, berücksichtigen Sie Toleranzen – ungefähr 0,05 mm auf jeder Seite (also 2 x 0,05 addieren, um 0,1 für die volle Durchmessertoleranz zu erhalten) ergibt eine ziemlich genaue Passform. Das würde mir 7,95 mm Breite und 3,95 mm Höhe geben, aber ich möchte auf Nummer sicher gehen, also werde ich mir etwas mehr Spielraum geben und sowieso auf 8 mm Breite und 4 mm Höhe aufrunden.

Danach extrudieren Sie die Skizze um das berechnete Höhenmaß und jetzt ist die Kavität fertig. Sie möchten keine der Kanten innerhalb der Kavität abrunden oder abschrägen, da dies die Passung des Teils und die Position der Druckdüse beeinträchtigt – zum Beispiel, wenn Sie die Deckenkante der Kavität abrunden, sobald die Pause kommt , Sie können die Mutter nicht in den Hohlraum einpassen!

2. Eine Pause hinzufügen: In Eiger können Sie nach einer bestimmten Ebene eine Pause einfügen. Stellen Sie zunächst sicher, dass Sie die Unterstützung deaktiviert haben (es sei denn, Sie benötigen sie wirklich). Dies können Sie unter „Erweiterte Einstellungen“ tun.

Suchen Sie als nächstes, wo in der geschnittenen Datei die Decke der Kavität beginnt, und scrollen Sie zu der Ebene VORHER. Dort kannst du auf „Pause nach Layer“ klicken, um die Pause hinzuzufügen.

3. Hinzufügen von Fasern: Um die Auszugsfestigkeit Ihrer Mutter zu erhöhen, können Sie Ihrem Teil Fasern hinzufügen. Sie möchten es auf den Ebenen über oder unter Ihrem Teil hinzufügen. Dies hängt wirklich von der Richtung ab, aus der Ihre Schraube kommt und wie sie die Mutter belastet. Weitere Informationen zum effektiven Verlegen von Fasern finden Sie in dieser Reihe von Beiträgen. In der Abbildung unten habe ich auf beiden Seiten der Mutternhohlräume Fasern hinzugefügt, um die Halterung zu verstärken. Den Schichten, die die Seiten der Mutter bilden, können auch Fasern hinzugefügt werden, um die Wände des Hohlraums zu verstärken. Stärkere Wände bedeuten eine sicherere Mutter, die sich weniger wahrscheinlich löst.

4. Drucken des Teils: Jetzt ist es an der Zeit, auf Drucken zu klicken. Glücklicherweise können Sie anhand der Ebenendetails in Eiger herausfinden, wann der Drucker pausiert, sodass Sie nicht warten müssen. Sobald die Pause eintritt, schieben Sie einfach Ihre Komponente ein und setzen Sie den Druck fort. Wenn Sie Bedenken haben, dass das Nylon oder Onyx nicht an der Oberseite der eingebetteten Komponente haftet, fügen Sie einfach etwas von dem von uns bereitgestellten Bauplattenkleber auf die Oberseite hinzu, bevor Sie den Druck fortsetzen (achten Sie jedoch darauf, dass kein Kleber auf den Druck gelangt selbst – dies kann zu Schichtablösungen führen). Wenn Sie einige Muttern haben, die von der Vorderseite des Druckers schwer zu erreichen sind, kein Problem! Glücklicherweise rasten die kinematischen Kupplungen an der Unterseite der Bauplatte mit einer Genauigkeit von 10 Mikrometern wieder ein, sodass Sie die Bauplatte einfach abnehmen und wieder einsetzen können, sobald Sie alle Ihre Komponenten eingebettet haben.

5. Umgang mit Stützmaterial und komplizierteren Geometrien (falls erforderlich): Wenn Sie aufgrund anderer Merkmale Ihres Teils Stützmaterial verwenden müssen, können Sie es bei einer Druckpause mit einer Spitzzange herausziehen. Dies funktioniert jedoch nur dann wirklich, wenn Ihr Hohlraum eine flache Decke hat. Wenn Sie Teile mit komplexeren Oberflächen einbetten, können Sie möglicherweise kein Stützmaterial verwenden. Sie müssen sich entweder auf gewölbte oder abgewinkelte Überhänge verlassen, um den inneren Hohlraum frei zu halten, oder ein zweites Teil zum Einbetten mit einer flachen Oberseite drucken, um das Entfernen des Trägermaterials zu erleichtern. Dieser Vorgang wird unten erklärt.

Drucken von Sekundärteilen zum Einbetten von Muttern auf anderen Ebenen

Das Hinzufügen von eingebetteten Muttern auf anderen Ebenen ist möglich, aber es sind etwas mehr Designüberlegungen erforderlich, damit das Entfernen der Stützen einfach ist und die Muttern im Teil gehalten werden. Dazu muss eine Sekundärkomponente ausgelegt werden. Als Beispiel möchte ich in dieses Teil eine Sechskantmutter so einbetten, dass ihre Achse parallel zur Bauplatte ist, wie im Querschnitt unten gezeigt. Eine Vierkantmutter wäre die einfache Lösung dafür, da sie eine ebene Oberfläche zum Drucken bietet, aber ich gehe das nur als Beispiel durch. Wenn ich diesen Hohlraum so lasse, wie er ist, kann das Filament die Lücke nicht sehr gut überbrücken und jegliches Stützmaterial in diesem Bereich muss entfernt werden.

Ich könnte einen abgewinkelten Überhang in die Kavität einbauen, aber das bedeutet immer noch, dass ich kein Stützmaterial verwenden kann, da es sich über der Mutter schlecht ausfüllt und die Mutter dadurch in der Kavität gleiten kann, was es viel schwieriger macht, zu sicher, wenn Sie eine Schraube hindurchführen.

Stattdessen kann ich ein Sekundärteil zum Drucken hinzufügen, eine Funktion, die die Mutter sichert und dem Drucker eine flache Oberfläche zum Drucken bietet. Dazu mache ich eine Nusshöhle mit einer flachen Oberseite:

Erstellen Sie dann ein kleines Stück, das den verbleibenden Raum in diesem Hohlraum ausfüllt, und lassen Sie zur Sicherheit oben und an den Seiten etwas Spielraum.

Dies kann neben der Hauptkomponente gedruckt werden, so dass ich bei einer Druckpause die Mutter und die Nebenkomponente während der Pause hinzufügen kann, und dann kann der Druck über die flache Oberseite des sekundären Druckteils fortgesetzt werden, wie hier abgewinkelte Vierkantmutter unten:

Mit der gleichen Methode können Sie Muttern auch in anderen Winkeln einbetten, aber Sie müssen sicherstellen, dass Sie Platz zum Einschieben der Mutter haben. Im Querschnittsbild unten sichert das kleine, dreieckige Stück eine Vierkantmutter in einem Winkel im gedruckten Teil:

Diese Technik kann es Ihnen ermöglichen, Muttern in jedem Winkel auf jeder Ebene in 3D-gedruckten Teilen zu befestigen, und sie ist auch nicht nur auf Muttern beschränkt – finden Sie heraus, wie das Einbetten von Muttern und anderen Komponenten für Sie am nützlichsten ist, und vergessen Sie nicht, dies zu tun teile es mit uns auf Twitter, Facebook oder Instagram!