Herstellung eines nicht herstellbaren Nussknackers für die Feiertage mit 3D-Druck

Hier bei Fast Radius nehmen wir Urlaub ernst. Wir fühlen uns auch unserer Mission verpflichtet, Neues möglich zu machen.

Diesen Dezember haben wir uns auf die Mission gemacht, unsere festliche Stimmung und unser Know-how in der additiven Fertigung zusammenzubringen, um unsere Version eines Weihnachtsklassikers zu kreieren:den Nussknacker. Unser Endprodukt ist mit keiner traditionellen Herstellungsmethode wirklich nicht herstellbar. Außerdem kann es tatsächlich eine Walnuss knacken. So haben wir es gemacht.

Gestaltung

Der Designprozess begann mit der Bewertung verschiedener Methoden zum Knacken einer Nuss.

Letztendlich haben wir uns für einen Zahnstangenmechanismus entschieden, der die Drehbewegung eines Ritzels (Zahnräder) in die lineare Bewegung einer Zahnstange (der Stange, die die Mutter zerquetscht) übersetzt.

Dieses Design bot unseren Ingenieuren die Möglichkeit, ihr Know-how im Design für die additive Fertigung unter Beweis zu stellen; Wir würden diesen Nussknacker als ein einziges 3D-gedrucktes Stück herstellen, anstatt der mehr als 12 Teile, die für die traditionelle Herstellung erforderlich wären.

Konstruktion

Nachdem wir uns für ein Design entschieden hatten, das alle Teile des Nussknackers – einschließlich Zahnräder, Kurbel, Zahnstange und Griff – in einem einzigen Stück vereinen konnte, mussten wir sicherstellen, dass der Nussknacker die nötige Kraft aufbringen würde, um die Walnussschale zu knacken.

Wir haben die wissenschaftliche Literatur zu diesem Thema konsultiert (es gibt sie wirklich!) und haben etwas hinter der Serviette gerechnet, um die Zahnradgröße, das Übersetzungsverhältnis und das Kurbeldesign zu bestimmen, das wir benötigen würden, um die richtige Menge an Kraft zu erzeugen.

Wir mussten auch sicherstellen, dass die Zahnräder nach dem Drucken funktionieren würden. Das Design musste Rotationsspiele für die Pulverentfernung ausgleichen und gleichzeitig sicherstellen, dass die Zähne der Zahnräder immer noch effektiv ineinandergreifen. Dazu haben wir darauf geachtet, dass jede Kontaktfläche einen Mindestabstand von 0,5 mm aufweist.

Während wir ursprünglich überlegten, eine Kombination aus 3D-Druckteilen aus Metall und Kunststoff zu verwenden, trafen wir die Entscheidung, den Nussknacker vollständig auf dem HP Jet Fusion 580 Color 3D Printer zu drucken. Diese Ausrüstung ist relativ neu in der Fabrik von Fast Radius, und wir wollten sie auf die Probe stellen. Wir wussten, dass das im 580 verwendete Material, HP 3D High Reusability CB PA12, langlebige Teile herstellen konnte, die steif und stark genug waren, um eine Nuss zu knacken, da es nahezu identische mechanische Eigenschaften wie das PA 12 hat, mit dem wir Millionen von Teilen gedruckt haben auf unseren HP 3D Jet Fusion 4200 Druckern. Der 580-Drucker selbst unterscheidet sich jedoch geringfügig vom 4200, daher haben wir das Design und die Ausrichtung an das Bauvolumen des 580 angepasst.

Das Endprodukt

Unser sorgfältiges Design und Engineering hat sich ausgezahlt. Der Nussknacker kam voll funktionsfähig und einsatzbereit aus dem Drucker.

Um dem Nussknacker etwas mehr Schwung zu verleihen, ließ sich unser Chefdesigner von Kutschenuhren inspirieren und entwarf zwei transparente Teile, die über die Zahnstange und das Ritzel passen würden. Wir haben diese Stücke aus Whip Mix auf Carbon® Digital Light Synthesis™ hergestellt. Am Ende haben wir uns dafür entschieden, nur die kleinere Kuppel aufzunehmen, um das Fotografieren der Maschine in Aktion zu erleichtern.

…Und das ist die Geschichte des Fast Radius Nussknackers. Schauen Sie sich das Video unten an, um es in Aktion zu sehen! Möglicherweise haben wir gerade eine neue Feiertagstradition begonnen.

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