Markforged Mechanical Features #1: 3D-gedruckte Living Hinges meistern

Update: Tauchen Sie tiefer in Flexural-Design ein, indem Sie unser Webinar zum Design von Flexurelementen und Living Hinges ansehen.

Originalbeitrag: Markforged Mechanical Features (MMF) ist eine Serie von Tiefgang-Beiträgen, die Best Practices für das Design gängiger Engineering-Bauteile und mechanischer Features für Composite-verstärkten 3D-Druck mit Markforged-Druckern teilen.

Willkommen zur ersten Ausgabe von Markforged Mechanical Features! Kunden fragen regelmäßig, wie man vertraute mechanische Features in 3D-gedruckte Bauteile übersetzt, die die funktionale Festigkeit von Markforged-Materialien voll ausschöpfen. Um dieses Wissen zu teilen, veröffentlichen wir regelmäßige Artikel zu einzelnen Engineering-Features mit praktischen Tipps und Tricks, um das Potenzial Ihres Markforged-Druckers zu maximieren.

Heute erkunden wir Living Hinges. Im Wesentlichen ist ein Living Hinge ein dünner, integraler Teil, der sich biegt, um Rotation um eine einzelne Achse zu ermöglichen. Sie haben sie wahrscheinlich an Alltagsgegenständen gesehen – von Zahnseide-Deckeln bis zu Shampoo-Flaschenkappen. Ihre Haltbarkeit und einfache Fertigung machen sie zum Standard in spritzgegossener Verpackung, und mit Markforged können Sie sie mit industrieller Festigkeit in Ihre Designs einbetten.

Tech Terms – wenn Sie bereits mit Living Hinges vertraut sind, können Sie diesen Abschnitt überspringen

Beginnen wir mit Grundlagen. Unten ist ein beschriftetes Diagramm eines Beispiel-Living-Hinge-Bauteils, das wir besprechen werden.

Das Bild hebt zwei flexible Features hervor: das Living Hinge und die Latch-Flexure. Während beide Einzelachsen-Rotation ermöglichen, erfüllen sie unterschiedliche Funktionen, die in ihrer Geometrie reflektiert sind.

Zur Illustration 3D-gedruckter Living Hinges arbeitete ich mit Bennett zusammen, einem Senior Mechanical Engineer bei Markforged. Bennett verbrachte drei Jahre mit Design elektro-mechanischer Systeme und Spritzguss-Gehäuse bei einem großen Medizintechnik-Unternehmen und ist ein SolidWorks-Virtuose mit Leidenschaft für rigoroses mechanisches Design im 3D-Druck. Kürzlich hat er Living Hinges im Büro entwickelt.

Bennett: Ich begann Living Hinges zu drucken, nachdem mein Bruder – ein Ingenieur in der Bay Area – mich bat, seine Designs auf dem Mark Two zu prototypen. Seine Arbeit in Consumer Electronics verlässt sich stark auf Snaps und Scharniere. SLA-Prototypen sind großartig für Form- und Passformvisualisierung, aber spröde und nach einmaligem Gebrauch funktionsunfähig, was sie für funktionales Testen ungeeignet macht. Traditionelle Spritzguss-Prototypen sind kostspielig und langsam, was schnelle Iteration behindert. Mein Bruder schickte mir die STL-Dateien, und ich setzte sie in Eiger ein, um sie noch am selben Tag auf einem Mark Two zu drucken.

Die Arbeit an seinen Teilen weckte mein Interesse an Experimenten mit Designparametern für Mark Two Living Hinges. Das untenstehende Feld zeigt ein vereinfachtes Modell, das die Richtlinien enthält, die ich während dieser Zusammenarbeit entwickelte.

Nick: Einer der Schlüssel zu erfolgreichen Living Hinge Drucken ist die korrekte Bauteilorientierung in Eiger. Ob Sie reines Nylon (für Flexibilität) oder Kevlar-verstärktes Nylon (für höhere lasttragende Steifigkeit) nutzen – das Seitenprofil des Scharniers muss mit der Z-Achse ausgerichtet sein. Mit anderen Worten: Das vollständige Seitenprofil sollte flach in der XY-Ebene liegen.

Korrekte Orientierung ist wichtig, weil 1) Fasern nur in der XY-Ebene gelegt werden können, so dass die Ausrichtung des Scharniers Kevlar entlang seiner Länge laufen lässt, und 2) die as-printed Nylon-Zugfestigkeit in einer Lage die Inter-Lagen-Haftung weit übertrifft. Diese Faktoren erfordern die im untenstehenden Eiger-Screenshot gezeigte Orientierung.

Eine häufige Herausforderung für neue Nutzer ist das Verständnis der Anisotropie 3D-gedruckter Bauteile.

Tech Terms

Materialanisotropie bezieht sich auf richtungsabhängige mechanische Eigenschaften. Beispielsweise spaltet sich Holz leicht entlang der Maser, widersteht aber dem Schneiden quer dazu. Isotrope Materialien, wie viele Metalle, weisen einheitliche Eigenschaften unabhängig von der Orientierung auf.

/Tech Terms

Bennett: Wie Nick anmerkte, gibt FFF Peak-Festigkeit in der XY-Ebene. Nylons Ermüdungswiderstand erhöht die Scharnierhaltbarkeit weiter. Daher liegt der optimale Scharnierquerschnitt in der horizontalen XY-Ebene. Dickere Scharniere erhöhen Steifigkeit. In diesem Beispiel erfordert ein Deckelscharnier volle 180°-Bewegung, während ein Verschlussscharniere weniger Rotation braucht, aber den Deckel zuverlässig geschlossen halten muss. Ich designte das Deckelscharnier so dünn wie möglich und das Verschlussscharniere dicker für Steifigkeit, modellierte den Deckel im 90° geöffneten Neutralzustand und den Verschluss leicht geschlossen, um Snap-In zu unterstützen. Bedenken Sie, dass 3D-gedruckte flexible Teile tendieren, in ihren as-printed Zustand zurückzukehren, es sei denn, sie durchlaufen signifikante plastische Deformation.

Als Nächstes importierte ich das Bauteil in Eiger, rotierte es für korrekte Orientierung und aktivierte Faser. Ich nutzte eine konzentrische Füllung, um Faser vollständig einzubetten, und wandte die Einstellungen auf das gesamte Bauteil an. Eiger flaggte unzureichenden Platz für Faser aufgrund meiner Scharnierdimensionen, aber der Mark Twos größere Düse accommodated Faser in sowohl Basis als auch Deckel – etwas, das der Mark One mit dieser Größe nicht erreichen konnte. Ich aktivierte auch die Brim-Einstellung, um hohe, dünne Abschnitte während der initialen Lagen zu stützen.

Technische Details

• Deckelscharnier-Dicke: 0,7 mm für maximale Flexibilität
• Verschlussscharniere-Dicke: 1,2 mm für größere Steifigkeit und sicheres Verriegeln
• Bauteile in offener und geschlossener Position modelliert, um Biegeradius vor finalem Druck zu validieren

Bereit, es selbst zu versuchen? Laden Sie Bennetts SolidWorks-Dateien herunter: Living_Hinges CAD SW file und das Eiger-bereite STL: Living_Hinges STL.