Nem minden alkatrészt lehet 3D nyomtatni. Szeretjük mondani, hogy bármit el tudunk készíteni 3D nyomtatással. Habár ez igaz, a nyomatok nem feltétlenül lesznek funkcionálisak. Például, ha eltörik egy seprűnyél, nyomtathat egy újat, de ez túl sok időt venne igénybe, túl sok filamentet használna, és még mindig nagyon törékeny lenne egy fa seprűnyélhez képest. Ebben az esetben a boltba menni és egy újat venni sokkal jobb választás.
Azonban vannak olyan alkatrészek, amelyek jól alkalmazkodnak a 3D nyomtatáshoz: egy játékvezérlő, egy oldalra nyíló csat, egy hűtőszekrény fogantyú, stb. Legyen szó bármiről, ha elveszíti vagy eltörik, nincs szükség a boltba menni; egyszerűen otthon elkészíthet egy újat! Ez különösen hasznos olyan alkatrészek esetén, amelyek specifikusak egy gyártónak, nehezen beszerezhetők kereskedelmi forgalomban, vagy nem kaphatók egyénileg.
Valószínűleg érdemes kerülni a fűtött alkalmazásokhoz vagy veszélyes helyzetekhez, például egy sütőhöz alkatrészek nyomtatását. Ilyen esetekben érdemes inkább szakembert hívni. De szinte minden másra érdemes megpróbálni saját alkatrészeket tervezni és nyomtatni. Ebben a cikkben megmutatjuk, hogyan!
Anyagi megfontolások
A tervezés megkezdése előtt érdemes átgondolni, hogy milyen anyagot fog használni a cserealkatrész elkészítéséhez. Ezt előre meg kell fontolnia, mivel ez befolyásolhatja az alkatrész modellezését.
Ha az alkatrész már műanyag, akkor ez egy kicsit egyszerűbb, mert a használt anyag nem számít túl sokat. Ugyanez vonatkozik a nem működő dekoratív elemekre is. Bonyolultabbá válik, ha a reprodukálandó részek fémből vagy kerámiából készülnek, vagy ha bizonyos mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek.
Íme a főbb 3D nyomtatási anyagok, és mit érdemes mindegyiknél figyelembe venni:
- Az ABS kiválóan alkalmas olyan alkatrészekhez, amelyek nagy merevséget, nagy ütésállóságot igényelnek, és nem igényelnek túl sok rugalmasságot vagy mozgást. Vegye figyelembe, hogy az ABS olyan adalékanyagokat vagy maradványokat tartalmazhat, amelyek károsak a környezetre, irritálják a bőrt és mérgezőek. Ezért a legjobb elkerülni, amikor csak lehetséges, és az élelmiszerekkel kapcsolatos alkalmazásoknál ez abszolút kizárt .
- A PLA a legelterjedtebb és megfizethetőbb. Jó a húzó- és nyomószilárdsága, de alacsony a hajlítási ellenállása, így nem helyettesíti kiválóan a rugalmas alkatrészeket. A PLA jó olyan alkalmazásokhoz, amelyek közepes szilárdságot igényelnek. Nem támogatja az ütközést vagy a forgó terhelést, de a saját súly rendben van. Egyes márkák élelmiszer-biztonságosak . Ez a legkönnyebben nyomtatható anyag. Tehát, ha nem funkcionális alkatrészeket szeretne cserélni, ez a legegyszerűbb lehetőség.
- A PETG általában élelmiszerbarát, mivel ugyanabból az anyagból származik, mint a műanyag palackok. Nagy ütésállósággal rendelkezik, és ez a legrugalmasabb a három közül. Bonyolult lehet vele dolgozni a húrozás vagy bugyborékolás miatt, de kevésbé hajlamos a vetemedésre, mint az ABS.
Ha az ABS-nél vagy a PETG-nél nagyobb ellenállású anyagokra van szüksége, és ez nem oldható meg nagyobb méretekkel, érdemes megfontolni a nagy teljesítményű anyagokat , például a PC-t és a PP-t.
- A PC a polikarbonát rövidítése . Félig átlátszó nyomatokat készít, kivéve a feltűnő rétegeket. Az anyag lángálló, elektromos szigetelő és nagy szilárdságú. Még az autóiparban is használják prototípus-készítés során.
- A PP a polipropilén rövidítése , amely olyan polimer, amelynek fő előnye a nagy fáradtságállóság. A kifáradás egy anyag hajlamos eltörni ciklikus terhelés hatására – például, ha valamit sokszor lyukasztunk, nem pedig egyszer. Az anyag vízálló és újrahasznosítható, de nagyon gyúlékony, és nem ajánlott magas hőmérsékleten használni.
MODELL REPLIKÁCIÓ
Logikusnak tűnik, hogy egy alkatrész 3D-s nyomtatásához először modellt kell készíteni. Ha az alkatrész elég elterjedt, szerencséje lehet, és egy tárolóban találja meg , ebben az esetben egyáltalán nem kell aggódnia a tervezés miatt. Ha ez egy márkás készülék alkatrésze, akkor előfordulhat, hogy már létezik 3D-s modell, akár hivatalosan elérhető a márkától, akár olyan adattárakban, mint a GrabCAD .
De ha nem ez a helyzet, először ki kell fejlesztenie a szeletelhető és nyomtatható alkatrész modelljét. Ennek két módja van: az alkatrész modellezése mérések alapján vagy az alkatrész 3D szkennelése .
Ha az alkatrésznek elég egyszerű a geometriája, megmérheti a legfontosabb méreteket, és paraméteres modellező szoftverrel modellezheti az alkatrészt .
Ha az alkatrésznek nagyon összetett a geometriája, a szkennelés könnyebb választás lehet. Néhány példa, ahol a szkennelés hasznos lehet, az olyan részek, amelyek felületmodellezést használnak – ami például számos objektum, például videojáték-vezérlők, konzolok, kamerák és egyéb elektronikai eszközök burkolatában található. A szkennelés akkor is hasznos, ha a kérdéses alkatrész egy figura.
1. módszer: Mérések alapján történő modellezés
Ha elég szerencséje van egy egyszerű alkatrész cseréjéhez, valószínűleg a saját maga modellezése a legegyszerűbb megoldás. De mielőtt ezt megtenné, szüksége lesz néhány megbízható és hasznos mérésre. Íme néhány hasznos trükk:
- A nóniuszos tolómérő a legjobb eszköz akár 15 cm-es tárgyak mérésére. Metrikus mértékegységeket használnak, és skálákat is tartalmaznak , amelyek akár 0,5 mm-es pontosságot tesznek lehetővé. A külső, belső és mélységi távolságok pontos mérésére készültek.
- Ne mérjen pontatlan hosszúságot. Például ne mérje meg a kör sugarát, mivel nem tudhatja, hogy pontosan hol van a középpont. Jobb az átmérőt megmérni.
- Csak a lényeges méréseket kell megőrizni. A kis funkcióknak – például a tapadás javítása érdekében – nem kell pontos replikáknak lenniük mindaddig, amíg a helyettesítő modellben lévő verziója ugyanazokat a funkciókat biztosítja, és nem akadályozza őket.
- Sok olyan alkatrész esetében, amelyek eredetileg a mechanikus háztartási készülékek részét képezték, előfordulhat, hogy megtalálja a pontos méreteket az interneten. Ismernie kell a készülék márkáját és sorozatszámát vagy más hivatkozási számot.
2. módszer: Szkennelés
Bonyolultabb, fejlett geometriájú alkatrészek esetében előfordulhat, hogy saját maga modellezi a képességeit. Például a felületmodellezés általában NURBS objektumokat használ , amelyeket általában a modellezés külön ágának tekintenek. Valószínűleg a legjobb, ha megkerüli ezt a folyamatot, és beszkenneli az alkatrészt.
A szkennelés intelligens megoldás, korlátozott erőfeszítéssel. Csak egy szkennerre és az alkatrészre lesz szüksége. Remélhetőleg az alkatrész még mindig elég jó állapotban van a beolvasáshoz. Ha nem, akkor lehet, hogy fel kell hívnia egy barátját, és ideiglenesen kölcsön kell kérnie tőlük.
A folyamat meglehetősen egyszerű, de kissé eltér a használt hardvertől és szoftvertől függően. A lehetőségek széles skálája áll rendelkezésre, beleértve a mobiltelefon-alkalmazásokat és a kézi szkennereket . Néhányan még régi Kinect eszközöket is használtak .
Függetlenül attól, hogy melyik lehetőséget választja, a következőket kell figyelembe venni:
- Ha a cserélendő objektum átlátszó, a legtöbb lapolvasó nem fog működni.
- Ha nagy pontosságra van szüksége az apró részletekhez, akkor jó minőségű szkennerre lesz szükség.
- Egy objektum beolvasása után általában meg kell tisztítani az eredményt. Szerencsére az olyan ingyenes programok, mint a Blender, elég jók a feladathoz.
MODELL RÉSZLETEI
Ha megvan az alapmodell, ideje finomítani. Az alapméretekkel azonnal kinyomtathatja, de néhány fejlesztés nem ártana. Néha még szükség is lehet rájuk. Ebben a cikkben két finomításra összpontosítunk:
- Fejlesztések: Fontolja meg, hogy mi okozta az alkatrész meghibásodását, és használja ki az alkalmat, hogy megoldja, hogy ne kelljen minden héten újat nyomtatnia. Természetesen, ha az eredeti alkatrész egyszerűen elveszett, ez a lépés nem feltétlenül szükséges.
- Tűrések: Ha a modellnek be kell illesztenie egy részét vagy egy másik alkatrészbe, akkor figyelembe kell vennie, hogy a nyomtató képes-e elérni a pontos méretet, amely az alkatrész működőképességéhez szükséges.
Fejlesztés
A pótalkatrészek tervezésekor fejlesztéseket is hozzáadhat, hogy elkerülje a jövőbeni hibákat, és elkerülje, hogy a jövőben több ilyen pótalkatrészt nyomtasson. Vegyük példának a fenti képet. Ez egy sátor sarokdarab, amelyet annak terveztek és nyomtattak, akinek a kereskedelmi sátor sarkai eltörtek.
Ezt a kialakítást a fennmaradt sarokelemekkel építették, és olyan követelményeken alapultak, amelyek között a jobb ellenállás is szerepelt. A rúdvezetők vastagsága megnőtt, de a belső átmérő változatlan maradt, mivel a rudakat bele kell csavarozni. Ezen túlmenően, hogy csökkentsék annak esélyét, hogy a sarkok a sátorrudak ereje miatt elpattanjanak, idegeket adtak hozzá, hogy átvegyék a hajlítási lendület egy részét.
Ezek a tervezési fejlesztések aprólékosak voltak, de nagyban meghosszabbíthatják a cserealkatrész élettartamát. Az alkatrész tervezése során gondolja át, hogy milyen fejlesztések lehetnek előnyösek az Ön használati esetéhez.
Megértés
Többféleképpen is beszélhetünk a toleranciáról, ezért az érthetőség kedvéért definiáljuk. A Wikipédia szerint a tolerancia „a fizikai dimenzió változásának megengedett határa vagy határai”. Ha azt mondjuk, hogy 5 mm ±0,5 átmérőt szeretnénk, akkor azt mondjuk, hogy ideális esetben 5 mm-t szeretnénk, de akkor is jó, ha 5,5 vagy 4,5 mm-es méretben jön ki.
A 3D nyomtatók tűréshatára azonban arra utal, hogy a nyomtató mennyire pontos bizonyos méretek elérésében. Például egy modellező programban 3 mm-es méretet ad meg, de amikor kinyomtatja és megméri az alkatrészt, akkor 3,2 mm-es méretre kerül. Ez azt jelenti, hogy a nyomtató tűrése +0,2 mm.
Lényegében a tapasztalatok alapján tanulja meg nyomtatója toleranciáját. A nyomtatási beállítások hatással lehetnek rá, csakúgy, mint a rossz kalibráció. A nyomtató tűrése megváltozhat, ha a nyomtatónak olyan karbantartásra van szüksége , amely befolyásolja a pontosságát. Célszerű kalibrálni a nyomtatót , ha eltérést észlel a modell és a nyomtatott alkatrész specifikációi között.
Tervezési tolerancia
A cserealkatrész tervezésénél mindkét típusú tűrés releváns. A tervezési tűrés a terv elfogadható méreteire vonatkozik. Ha a nyomtatott rész 3,2 mm-es hosszban jött ki, akkor ez elfogadható vagy nem, attól függően, hogy el kell-e férnie valahol.
Tegyük fel, hogy az alkatrésznek 3 mm-nek kell lennie. A nyomtató tűrésének ismeretében előfordulhat, hogy az alkatrészt kicsit kisebbre kell terveznie. Tekintettel a nyomtató +0,2 mm-es tűrésére, az alkatrészt 2,8 mm-re tervezheti.
Csere egy törött vázára? A pontos méretek nem sokat számítanak. De ha ki kell cserélni a távirányító elemfedelét, a rossz méretek használhatatlanná teszik azt.
Általános szabályok
Ha az alkatrész belemegy valamibe…
- és szoros illeszkedésre van szüksége, a tűrés miatt kicsit nagyobbnak kell lennie .
- és laza illeszkedést igényel, a tűrés miatt kicsit kisebb legyen .
- és tökéletes csúszásra van szükség, a tűrésnek jobban szabályozottnak és csökkentettnek kell lennie, de inkább csökkenjen, mivel a súrlódás nem kívánatos.
Ha valami bemegy az alkatrészbe…
- és szoros illeszkedésre van szüksége, a tűrés miatt kicsit kisebbnek kell lennie .
- és laza szabás kell, a tűrés miatt kicsit nagyobb legyen .
- és tökéletes csúszásra van szükség, a tűrésnek jobban szabályozottnak és csökkentettnek kell lennie, de inkább nagyobb legyen, mivel a súrlódás nem kívánatos.
NYOMTATÁSI RÉSZLETEK
Mivel a mintának meg kell felelnie bizonyos követelményeknek, nem biztos, hogy olyan egyszerű egyszerűen kinyomtatni akarva-akaratlanul. A nyomtatási beállítások fontos szerepet játszhatnak. Ezért fontos figyelembe venni a következőket:
- Szeletelési tájolás
- Beállítások, amelyek erőt adnak az alkatrésznek, beleértve az erős kitöltéseket is
- A rugalmasságot igénylő alkatrészekhez megfelelő beállítások
- Beállítások, amelyek befolyásolhatják egy alkatrész méretpontosságát
Egyes esetekben teljes cikkeink vannak ezekről a témákról, de megadjuk mindegyik SparkNotes-verzióját.
Szeletelési irány
Ez viszonylag bonyolult, de nem kell ismernie az összes belső működést ahhoz, hogy előnyére fordíthassa. A 3D-nyomtatott rész anizotróp. Ez azt jelenti, hogy az anyag tulajdonságai nem azonosak minden irányban. Ennek az az oka, hogy a nyomat szerkezete nem ugyanaz. Ezért a nyomat szálainak orientációja ténylegesen befolyásolja annak mechanikai tulajdonságait.
A fenti képet nézve elképzelhető, hogy az axiális terhelés nem károsítja annyira a nyomatot, mint a nyíróerő, mivel az axiális erők párhuzamosak a nyomtatási szálak irányával. Másrészt a hajlítási feszültségek nagymértékben függenek a kitöltés sűrűségétől és a héjvonalak számától.
Általában csak a tájolást vesszük figyelembe, hogy elkerüljük az alátámasztást, de ebben az esetben a mechanikai teljesítményt is figyelembe kell venni az alkatrész élettartamának növelése érdekében. Ha tudja, hogy az alkatrészének ki kell bírnia bizonyos terheléseket, próbálja meg úgy megtervezni, hogy az erő iránya párhuzamos legyen a rétegvonalakkal és a kitöltési mintával.
Erősség
Általánosságban elmondható, hogy a nagyobb kitöltési sűrűség és a vastagabb kerület nagyobb szilárdságot biztosít. Ezenkívül a kitöltési minta befolyásolhatja az alkatrész szilárdságát. A 20%-os cikk-cakk kitöltéssel rendelkező alkatrész más erősséget mutat, mint a 20%-os giroid kitöltéssel nyomtatott alkatrész, annak ellenére, hogy műszakilag azonos sűrűségűek.
A valóságban a sűrűség a kitöltés geometriája miatt kissé változik, és a terhelés eltérően oszlik el a szerkezeteken. Például a háromszög alakú kitöltési mintáknál feltételezhető, hogy a feszültségek a sarkokra koncentrálódnak, amelyek nincsenek jelen a giroid mintában.
Ennek ellenére a különböző kitöltési minták szilárdságának tesztelése során azt találták, hogy a cikk-cakk (más néven egyenes vonalú) kitöltési minta erőssége összemérhető egy ráccsal. A cikk-cakk vonalak átfordulnak egyik rétegből a másikba, ami előnyös lehet a feszültségkoncentráció eloszlatására és az X és Y irányú törés megelőzésére. Hasonlóképpen, a méhsejt, a háromszögek és a giroid kitöltési minták a legjobbak lehetnek a nyomószilárdság szempontjából, mivel képesek egyenletesen elosztani a feszültséget minden irányban.
A gyroid mintázat egyik érdekessége az egyenletes erőssége. A legtöbb más kitöltési minta esetében erősségük erősen függ az alkalmazott feszültség irányától. A giroid mintázat azonban mindhárom tengelyen azonos erősségű.
Rugalmasság
A rugalmasságot igénylő nyomatok nagy tényezője az anyag. Az anyagnak képesnek kell lennie meghajolni (vagy deformálódni) anélkül, hogy eltörne, és teljesen visszatérne eredeti helyzetébe.
Számos nyomtatási beállítás is fontos annak biztosításához, hogy a nyomatok kihasználják az anyag rugalmasságát. Például nem kívánatos az alacsony kitöltési százalék az alkatrész hajlítási területén, mert ez belső feszültséget okoz a tárgyban, amikor deformálódik. Sokkal jobb, ha a rugalmas részek úgymond „egységként” deformálódnak.
Ha több folyamatot is meg tud hajtani a szeletelő szoftverben, akkor ezt az előnyére fordíthatja, ha csökkenti az alkatrészek merev területének kitöltési százalékát, és növeli az alkatrészek hajlítási területének százalékos arányát.
Ezenkívül a rugalmas nyomatok számára előnyös a kis rétegmagasság is, mivel így a rétegek jobban egymáshoz tapadnak, ami növeli annak valószínűségét, hogy a rétegek összehajlanak.
Méretpontosság
A méretpontosságot a nyomtatási anyag is befolyásolhatja, mivel egyes anyagok nyomtatása problémásabb, mint mások. Ahogy korábban említettük, a nyomtató karbantartása befolyásolhatja a méretpontosságot, mivel a rossz kenés vagy por megváltoztathatja a nyomtató eredeti tűrését. A szeletelő szoftverben figyelembe veheti a várható zsugorodást a nyomtatás méretpontosságának javítása érdekében.
Eredeti forrás: All3dp.com
