3D-gedruckte Tischlerei:Vereinfachung der Montage

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Tischlerei ist ein Begriff, der normalerweise in der Holzbearbeitung zu finden ist und sich auf das Zusammenfügen zweier Holzstücke durch geometrische Beschränkungen bezieht. Gute Tischlerarbeiten bieten starke Verbindungen mit wenig bis gar keiner Hilfe von Befestigungselementen wie Nägeln oder Schrauben. Die Tischlerei ist nützlich, weil sie eine starke Verbindung mit einem weniger komplizierten Montageprozess gewährleistet. Es handelt sich jedoch normalerweise um komplizierte Formen, deren Konstruktion und Erstellung Zeit in Anspruch nehmen, während Bolzen und Schrauben nur ein Loch und ein in Massenfertigung hergestelltes Befestigungselement erfordern.

Der 3D-Druck hat als Herstellungsverfahren eine interessante Position, da das Drucken komplizierter Geometrien oft nicht teurer ist als das Drucken eines Blocks. Stattdessen ist der FDM-Druck durch die Materialeigenschaften und den Prozess des Schichtaufbaus limitiert. Daher erfordert die Konstruktion für den 3D-Druck eine neue Denkweise, und ein Teil dieser Denkweise besteht darin, die geometrische Freiheit eines 3D-Druckers zu nutzen, um die Komplexität und die Kosten der Endmontage zu reduzieren. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, sich die für die Holzbearbeitung und den Spritzguss erfundene Tischlerei anzuschauen und diese auf die Einschränkungen des 3D-Drucks anzuwenden. In diesem Blog bespreche ich die Verwendung einfacher Verbindungen wie Schwalbenschwänze und Schnappverbindungen, um Ihre gedruckten Designs zu verbessern, ergänzt durch einige Beispiele.

Schwalbenschwänze

Wenn es darum geht, zwei Teile einzuschränken, denken viele Leute im rechten Winkel. Und das ist effizient, insbesondere wenn man an die Bearbeitung denkt; rechte Winkel sind im Allgemeinen viel einfacher und schneller herzustellen als ungerade Winkel und erfordern weniger Einstellungen und keine speziellen Bits oder Indexiertische. Für einen 3D-Drucker sind Schwalbenschwänze und gerade Wände jedoch gleich. Ohne zusätzlichen Aufwand können Sie einen weiteren Freiheitsgrad einschränken. Das ist überall praktisch, egal ob Sie eine Schiebemontage oder eine befestigungslose T-Verbindung wünschen.

Denken Sie in Winkeln daran, dass die etablierte Schwalbenschwanzform nicht die einzige Anwendung ist. Der oben gezeigte zweiteilige Schiebekasten erreicht die gleiche Zurückhaltung wie ein Schwalbenschwanz, sieht aber eher wie eine Platte mit abgewinkelten Seiten aus. Dadurch lässt er sich leicht mit der anderen Hälfte der Schachtel zusammenschieben und hat am Ende sogar eine kleine Raste zum Einrasten. Diese Form wäre mit den meisten anderen Mitteln sehr schwer herzustellen, aber sie wurde ohne Trägermaterialien auf dem Mark Two gedruckt und erreichte beim ersten Versuch eine hervorragende Passform und Oberflächengüte.

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Eine noch weitere Untersuchung der abgewinkelten Geometrie im Allgemeinen kann beim 3D-Druck hilfreich sein. Zum Beispiel kann das Drucken eines seitlichen V-Profils, wie unten links gezeigt, eine Einschränkung erzeugen, die schwierig zu bearbeiten wäre, aber trivial zu drucken ist. Eine klassische Nut-Feder-Verbindung, wie rechts gezeigt, ist für die meisten Drucker aufgrund des entstehenden Überhangs jedoch schwer herzustellen. Dieser Überhang führt zu einer schlecht gestützten Unterseite mit schlechter Maßgenauigkeit und sollte nach Möglichkeit vermieden werden.

Schnapppassungen

Ein gängiges Verfahren zum kostengünstigen Fügen von Spritzgussteilen sind Schnappverbindungen. Dies sind gute Formen für Kunststoffe, da sie innerhalb der geometrischen Beschränkungen des Formenbaus bleiben und die Fähigkeit von Kunststoff nutzen, sich elastisch zu verformen und dann wieder in Form zu bringen. Da Schnappverbindungen für Kunststoff ausgelegt sind, können sie leicht für den 3D-Druck übernommen werden … auf der XY-Ebene. Die meisten Benutzer von 3D-Druckern wissen, dass Objekte, die auf Desktop-FDM-Druckern gedruckt werden, aufgrund der Zwischenschichtgrenzen deutlich anfälliger für Spannungsversagen entlang der Z-Achse (aus der Bauplatte weisend) als in X und Y sind. Da Schnapppassungen normalerweise dünne Querschnitte haben (um das Biegemoment des Clips zu reduzieren), müssen 3D-gedruckte Schnapppassungen „liegend“ auf die Bauplatte gedruckt werden, damit sie nach wiederholtem Gebrauch nicht abscheren.

Dieses Diagramm zeigt eine übertriebene Darstellung der Schichten eines gedruckten Schnappverschlusses. Bei aufrechtem Druck (Abbildung links) führen die Kräfte, die den Schnappverschluss verbiegen, auch zu Spannungen zwischen den Schichten, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs deutlich erhöht wird. Auf der Rückseite aufgedruckt (in der Mitte abgebildet), ist ein Schnappverschluss definitiv stärker, hat aber immer noch eine Scherebene zwischen Zahn und Arm. Auf der Seite liegend gedruckt (Abbildung rechts), hat die Schnappverbindung jedoch keine Schichtgrenzen innerhalb ihres Querschnitts, was ihr eine vorhersehbarere Festigkeit verleiht. Und wenn die Schnapppassung groß genug ist, würde das Drucken auf der Seite ermöglichen, dass die Faser in den Zahn geführt wird, wodurch die volle Festigkeit eines Markforged-Teils genutzt wird. Dieselbe Regel gilt für Zahnradzähne, Sperrzähne und alle anderen Vorsprünge, die eine erhebliche Belastung aushalten müssen.

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Denken Sie auch daran, dass Schnappverbindungen je nach Anwendung viele Formen annehmen können und dass sich das Design und die Ausrichtung der Schnappverbindung je nach Projekt ändern können. Insbesondere die aus dem 3D-Drucker stammenden Schnappverbindungen sind nicht durch Dicken oder Formformen eingeschränkt, sodass Sie kreativ werden können, wo Sie sie platzieren (siehe unten). Drucker machen es schnell und einfach, Prototypen zu erstellen. Probieren Sie also einige Geometrien aus, bevor Sie sich auf die endgültige Form festlegen.

Zusammenbau:Handyhalterung

Um Gleitpassungen und Schnappmechanismen zu zeigen, habe ich diesen Handyhalter entworfen, der über die Haube des Mark Two gehängt wird und jedes Handy zwischen 2,5 und 4 Zoll Breite hält, damit ein Bediener ein Zeitraffervideo aufnehmen oder einen empfindlichen Ausdruck überwachen kann .

Dieser Telefonhalter hat nur drei Teile, zwei Schnittstellen. Eine dieser Schnittstellen ist ein Drehgelenk, das als Scharnier fungiert. Obwohl es nicht wie ein Schwalbenschwanz aussieht, erfüllt es den gleichen Zweck:Es ermöglicht dank komplementärer Winkel eine leicht bedruckbare Gleitpassung.

Die andere Schnittstelle funktioniert wie eine lineare Ratsche mit abgewinkelten Wänden (damit sie nicht auseinander rutschen) und Zähnen, um die Breite des Halters einzustellen. Dies wäre mit den meisten anderen Mitteln eine sehr schwierige Schnittstelle, aber es war ziemlich einfach und schnell zu drucken!

Ein Hinweis zu Toleranzen

Wie bei allem erfordert die Tischlerei, dass Sie Ihre Toleranzen berücksichtigen. Beim Mark Two Composite-3D-Drucker reicht für die meisten allgemeinen Zwecke ein Abstand von 0,08 mm zwischen jeder Wand (0,16 mm Durchmesser) aus, damit zwei Teile konsistent eine Gleitpassung erzielen. Wenn eine Ihrer Oberflächen von Stützmaterial gehalten wird, versuchen Sie, die Lücke auf etwa 0,15 mm zu vergrößern. Natürlich variieren 3D-gedruckte Teile stark, also stellen Sie sicher, dass Sie Komponententests und Prototypen durchführen, um die gewünschte Passform zu erreichen.

Dies ist nur ein kleines Beispiel dafür, wie eine Konstruktion mit Blick auf die Tischlerei zu einfacheren und besser für Ihren 3D-Drucker geeigneten Designs führen kann. Wenn Sie gute Verbindungen zum Drucken finden, twittern Sie an uns @MarkForged, um Ihre Designs zu teilen!