MMF #1:Engsel Hidup Cetak 3D dengan Bennett

Pembaruan: Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang mendesain elemen lentur dan engsel hidup, tonton rekaman webinar tentang mendesain elemen lentur dan engsel hidup!

Pos Asli: MarkForged Fitur Mekanik [MMF] adalah serangkaian posting blog yang merinci praktik terbaik untuk merancang bagian teknik tradisional yang umum dan fitur mekanis untuk pencetakan 3D yang diperkuat komposit dengan printer MarkForged

Selamat datang di edisi pertama Fitur Mekanik Markforged! Kami mendapatkan pertanyaan dari pelanggan secara teratur yang meminta bantuan untuk mengintegrasikan fitur mekanis yang biasa mereka rancang menjadi bagian cetakan 3D untuk memanfaatkan kekuatan fungsional material Markforged. Untuk membantu menyebarkan pengetahuan ini, kami akan secara teratur memposting artikel tentang fitur teknik tertentu, dan menawarkan tips dan trik tentang cara memaksimalkan printer MarkForged Anda.

Hari ini, kita akan berbicara tentang engsel hidup . Pada tingkat yang paling mendasar, engsel hidup adalah fitur mekanis bagian yang tipis, integral, dan umumnya terbuat dari plastik, yang menghasilkan fungsionalitas seperti engsel (rotasi terhadap satu sumbu) dari deformasi lentur plastik. Jika itu sedikit teknis, Anda mungkin pernah melihat engsel hidup di berbagai produk konsumen umum - dari bagian atas wadah benang hingga botol sampo. Mereka ada di mana-mana dalam kemasan cetakan injeksi untuk produk konsumen, karena ketahanan dan kinerjanya yang luar biasa, dengan langkah pasca-pemrosesan atau perakitan yang minimal - dan dengan MarkForged, Anda dapat membuatnya menjadi desain Anda dengan pencetakan 3D kekuatan industri.

Istilah Teknologi - jika Anda sudah ahli dengan engsel hidup, silakan lewati bagian ini
Mari kita mulai dengan beberapa terminologi dasar. Di bawah ini adalah diagram berlabel dari contoh bagian engsel hidup yang akan kita bahas sebentar lagi.

Yang perlu diperhatikan adalah engsel hidup dan lentur kait. Keduanya adalah fitur fleksibel yang memungkinkan rotasi terbatas di sepanjang sumbu tunggal. Meskipun keduanya secara teknis merupakan engsel yang hidup, keduanya memiliki dua fungsi yang berbeda dan geometri yang bervariasi mencerminkan hal ini.

Untuk membantu mendemonstrasikan engsel hidup yang dicetak 3D, saya telah meminta bantuan salah satu rekan insinyur mekanik saya di sini di Markforged. Bennett adalah Insinyur Mekanik Senior dan sebelumnya menghabiskan tiga tahun merancang sistem elektro-mekanis dan casing cetakan injeksi di sebuah perusahaan robotika medis besar. Dia adalah salah satu pakar pemodelan 3D kami, seorang ninja Solidworks biasa, dan memiliki minat yang mengakar dalam membawa desain mekanis hardcore ke dunia pencetakan 3D. Dia juga telah merancang banyak engsel hidup di kantor baru-baru ini.

Bennett: Saya mulai mencetak engsel hidup karena saudara laki-laki saya (yang adalah seorang insinyur mesin di Bay Area) telah meminta saya untuk mencetak beberapa bagian sampel yang telah dia rancang pada Mark Two. Dia bekerja di elektronik konsumen, di mana kancing dan engsel adalah bagian utama dari desain perangkat keras. Biasanya jenis suku cadang ini dibuat prototipe menggunakan proses pencetakan 3D berbasis stereolithografik (SLA) yang berfungsi dengan baik sebagai bentuk awal dan pemeriksaan kecocokan. Namun, karena rapuhnya bahan yang digunakan dalam pencetakan SLA, Anda secara efektif membuat suku cadang sekali pakai, karena engsel umumnya rusak setelah satu siklus. SLA memungkinkan Anda untuk memvisualisasikan bagaimana suatu bagian akan terlihat dalam beberapa konfigurasi, tetapi tidak memungkinkan untuk simulasi fungsional dari bagian penggunaan akhir. Alternatif untuk prototipe SLA adalah dengan menyiapkan dan menembak cetakan injeksi uji. Ini adalah proses yang mahal dan, yang lebih penting, waktu tunggu yang lama, tidak cocok untuk iterasi desain yang cepat. Adik saya ingin tahu apakah printer MarkForged akan menjadi pilihan yang lebih baik, dan mengirimi saya file STL dari beberapa contoh bagian untuk dicetak. Saya harus bekerja memasangnya di Eiger dan memulai pencetakan di Mark Two di rumah nanti pada hari yang sama.

Bekerja dengan engsel hidup pada bagian saudara saya membuat saya mulai bereksperimen dengan parameter desain yang berbeda untuk engsel hidup cetak 3D pada Mark Two. Kotak di bawah ini adalah contoh sederhana yang saya buat yang menggabungkan beberapa pedoman desain yang saya kembangkan saat bekerja dengan file model 3D saudara saya.

Nick: Salah satu bagian terpenting dari pencetakan engsel hidup adalah mendapatkan orientasi bagian yang benar di Eiger. Engsel hidup umumnya dapat dibuat dari nilon (untuk engsel yang lebih fleksibel) atau nilon yang diperkuat kevlar (untuk engsel yang lebih kaku, tetapi menahan beban lebih tinggi), tetapi dalam kedua kasus, engsel tersebut harus dicetak dengan sumbu normal dari engsel. profil sisi engsel menunjuk ke arah sumbu Z. Cara lain untuk menggambarkan orientasi ini adalah profil sisi penuh engsel, seperti yang ditampilkan di bawah, harus terletak pada bidang horizontal XY.

Alasan untuk ini adalah dua kali lipat dan sangat mempengaruhi kekuatan engsel:pertama, serat hanya dapat diletakkan di bidang XY, jadi untuk meletakkan kevlar di sepanjang engsel harus diorientasikan sedemikian rupa. Kedua, kekuatan tarik nilon seperti yang dicetak dalam satu lapisan jauh lebih besar daripada kekuatan rekat antar-lapisan nilon. Kedua kenyataan ini mengarah pada kebutuhan untuk mencetak engsel hidup dalam orientasi yang ditunjukkan pada tangkapan layar berikut dari Eiger.

Tantangan umum yang sering dihadapi pengguna baru kami saat mulai mendesain untuk pencetakan 3D adalah mengembangkan pemahaman tentang anisotropi komponen cetak 3D.

Persyaratan Teknologi

Bahan anisotropik - bahan dengan sifat bahan yang bergantung pada arah, seringkali mekanis, di sepanjang berbagai sumbu bagian bahan - banyak kayu, misalnya, mudah terbelah sepanjang garis butirnya, tetapi sulit untuk dipatahkan atau dipotong melintasi butir, yang contoh yang bagus dari anisotropi. Kebalikannya adalah bahan isotropik, seperti banyak logam, yang memiliki sifat yang jauh lebih seragam terlepas dari orientasinya./Istilah Teknologi

Bennett: Seperti yang disebutkan Nick di atas, dengan teknologi FFF Anda akan mendapatkan kekuatan terbesar Anda di bidang XY, jadi Anda harus memanfaatkannya. Selain itu, salah satu hal favorit saya tentang mendesain nilon adalah seberapa tahan lelahnya. Ketika Anda menggabungkan kedua faktor ini, maka orientasi optimal untuk engsel hidup akan memiliki penampang engsel pada bidang XY horizontal. Saat Anda menebalkan engsel, Anda meningkatkan kekakuannya. Di bagian ini, ada engsel penutup yang membutuhkan gerakan 180 derajat penuh, dan engsel kait yang memiliki persyaratan yang jauh lebih kecil pada gerakan sudut, tetapi harus menahan penutup saat terkunci rapat. Berdasarkan persyaratan tersebut saya membuat engsel penutup setipis mungkin, sambil meningkatkan ketebalan engsel kait untuk kekakuan dan untuk mendorong kotak tetap terkunci sampai sengaja dibuka oleh pengguna. Saya membuat model tutupnya dalam posisi netral (90 derajat terbuka) dan engsel kait sedikit tertutup untuk membantunya masuk ke tempatnya. Komponen fleksibel yang dicetak 3D, sama seperti komponen cetakan injeksi, memiliki kecenderungan untuk kembali ke kondisi seperti yang dicetak kecuali jika mengalami deformasi plastis yang signifikan, jadi Anda harus mengingat hal ini saat merancang posisi netral yang diinginkan dari komponen Anda.

Selanjutnya adalah memindahkan barang ke Eiger. Saya memutar bagian untuk memastikan engsel saya dicetak dalam orientasi yang diinginkan, dan menyalakan serat. Saya menggunakan isian konsentris yang dirancang untuk benar-benar mengisi bagian dengan serat, dan menerapkan pengaturan ke seluruh bagian. Eiger memberi saya peringatan tentang tidak memiliki ruang yang cukup untuk memuat serat, tetapi ini diharapkan karena saya merancang engselnya sendiri agar lebih kecil dari ketebalan minimum yang diperlukan untuk penguatan serat. Namun, dengan Mark Two saya dapat memasukkan serat ke seluruh bagian dasar, serta tutupnya tanpa masalah - sesuatu yang tidak akan pernah bisa saya lakukan dengan Mark One karena ukuran kecil bagian ini . Saya mengaktifkan pengaturan penuh untuk bagian ini juga untuk memastikan bagian tinggi saya yang tipis akan didukung sepenuhnya selama lapisan awal mereka.

Detail Teknis

• Ketebalan engsel penutup:0,7 mm, untuk fleksibilitas maksimum
• Ketebalan engsel kait:1,2 mm, untuk kekakuan yang lebih besar guna mencegah pembukaan yang tidak disengaja
• Bagian yang dimodelkan dalam posisi terbuka dan tertutup untuk memastikan radius tikungan sudah sesuai, sebelum konfigurasi cetak akhir dipilih

Ingin mencetak sendiri? File Solidworks Bennett:Living_Hinges CAD SW file
Eiger-ready:Living_Hinges STL