3D отпечатани пружини, гъвкави елементи и адаптивни механизми от SLS PA 12

Какво представляват адаптивните механизми

Вместо два детайла, въртящи се около щифт, адаптивният механизъм използва тънка, гъвкава секция, която се огъва. Типични примери:

• Плоски и змиевидни пружини, които избутват детайла обратно на позиция.
• Конзолни пружини като фиксатори, ключалки и пружинни бутони.
• Гъвкави панти, които позволяват на един детайл да се завърти на няколко градуса спрямо друг.
• Паралелни гъвкави водачи, които движат детайла в права линия без плъзгане.
• Монолитни грипери и скоби, които се затварят при натиск.
• Бистабилни механизми, които превключват между две стабилни позиции.

Предимствата са едни и същи във всеки случай: един детайл вместо сглобка, без луфт, без триене или износване в съединенията, без смазване и без риск от загуба на части. Цената е ограничен обхват на движение и внимателно разглеждане на деформацията в зоната на огъване.

Защо SLS PA 12 е подходящ за гъвкави елементи

За PA 2200, PA 12, който отпечатваме, EOS дава модул на еластичност при опън от 1,650 MPa, якост на опън от 48 MPa и удължение при скъсване от 18 % в равнината на слоя. Тази комбинация от умерена твърдост и добро удължение е това, от което се нуждае един гъвкав елемент: той се огъва забележимо, без да се счупи. Тъй като SLS не се нуждае от поддържащи структури, тънките гъвкави елементи, вложените пружини и затворените рамки се отпечатват точно както са проектирани. Напречно на слоевете, EOS дава само 4 % удължение и 42 MPa, така че посоката на огъване е също толкова важна, колкото и формата. Вижте колко здрав е SLS найлонът.

Оценка на деформацията в огъваща се греда

Повечето гъвкави елементи и пружини се държат като греда, която се огъва. За права конзола с постоянно правоъгълно сечение, класическата оценка на деформацията в основата е:

деформация ε = 1.5 × t × y ÷ L²

• t = дебелина на гредата в посоката на огъване
• y = отклонение на върха
• L = свободна дължина на гредата

Деформацията нараства с дебелината и отклонението и намалява с квадрата на дължината. По-дългата греда е най-ефективният начин да се получи по-голям ход с по-малка деформация. Поддържайте изчислената деформация доста под 18 %, които EOS дава за равнината на слоя, и още по-ниска за детайли, които се огъват многократно; удължението при скъсване е точката, в която тестовата пръчка се чупи, а не проектна стойност. Същото правило е обяснено за щипки в сглобки с щракване от SLS PA 12.

Оценка на твърдостта

За същата конзола, коефициентът на пружиниране на върха е приблизително:

k = E × b × t³ ÷ (4 × L³)

където b е ширината на гредата, а E е модулът. При E = 1,650 MPa, греда с ширина 10 mm, дебелина 1.5 mm и дължина 30 mm дава около 0.5 N на милиметър отклонение. Кубът на дебелината и дължината доминира: 10 % по-голяма дебелина прави пружината с около една трета по-твърда, 10 % по-голяма дължина я прави с около една четвърт по-мека. Третирайте резултата като отправна точка. Реалната твърдост на синтерования детайл зависи от посоката на слоя, повърхността на стената и точната дебелина след завършване, така че измерете първите детайли и коригирайте.

За да направите гъвкавия елемент по-твърд без допълнителна деформация, направете го по-широк. За да получите по-голям ход, направете го по-дълъг или го сгънете змиевидно.

Правила за проектиране на SLS гъвкави елементи и пружини

• Огъване в равнината на слоя. Посоката на огъване и дължината на гредата трябва да лежат в равнината на слоя. В калкулатора можете да изберете равнината на слоя за всеки детайл (XY, XZ или YZ) или да оставите ние да решим.
• Закръглете краищата. Закръгленията там, където гъвкавият елемент се среща с твърдото тяло, разпределят напрежението; острият ъгъл е мястото, откъдето започват пукнатините.
• Предпочитайте листови гъвкави елементи пред панти с прорези. Късият прорез концентрира цялото огъване в малка зона. По-дългото, равномерно листо го разпределя и издържа по-дълго.
• Не правете детайлите твърде тънки. Калкулаторът предупреждава при стойности под 0.8 mm, а тънките елементи могат да се счупят по време на почистването от прах и бластирането. Постигнете гъвкавост чрез дължина, а не чрез тънкост.
• Добавете ограничители. Ребро, което ограничава хода, предпазва гъвкавия елемент от прекомерно разтягане.
• Оставете хлабините отворени. Между движещите се и фиксираните секции оставете поне 0.5 mm, за да може прахът да бъде отстранен и нищо да не се слее; вижте отпечатани на място панти и сглобки.
• Проверете толеранса. Дебелината варира в рамките на нашите насоки за проектиране от ±0.3 % (поне ±0.3 mm), а твърдостта следва куба на дебелината, така че тънкият гъвкав елемент варира повече в твърдостта, отколкото в размера.

Ограничения на пластмасовите пружини

• Пълзене и релаксация. Под постоянно натоварване или отклонение пластмасите бавно поддават, а пружина, държана компресирана, губи част от силата си с течение на времето. Това се случва по-бързо в топли условия; EOS дава диапазон от -40 до +80 °C за PA 2200 при постоянно напрежение. Адаптивните механизми, които се движат и се връщат в покой, работят по-добре от пружините, които остават предварително натоварени.
• Умора. Броят цикли, които един гъвкав елемент преживява, зависи от неговата деформация, повърхност и посока. За механизми, които се движат многократно, поддържайте деформацията ниска и тествайте.
• Прецизност на силата. Отпечатаната пружина не е калибрирана пружина. Когато силата трябва да бъде точна или постоянна в продължение на години, използвайте метална пружина и проектирайте отпечатания детайл така, че да я държи.
• Живи панти. Тънка панта, която се сгъва на голям ъгъл, е специален случай със свои собствени правила; вижте живи панти от SLS найлон.

Тествайте, преди да направите commit

Твърдостта и експлоатационният живот са по-лесни за тестване, отколкото за точно изчисляване. Отпечатайте образец с три до пет гъвкави елемента с различна дебелина или дължина, измерете силата при известно отклонение и ги огъвайте толкова често, колкото ще се огъва реалният детайл. Малките образци струват малко, а калкулаторът показва цената веднага щом качите файла. За общите правила за проектиране вижте насоките за проектиране на SLS.

Покритие и цвят

Всеки детайл се бластира със стъклени перли и се полира в DyeMansion Powershot DUAL. Според DyeMansion процесът уплътнява повърхността, без да отнема материал, така че проектираната дебелина остава същата. Боядисването в един от 61 цвята е по избор; черното и оранжевото са в наличност, останалите 59 цвята добавят около един месец (20 работни дни) към времето за доставка.

Имате нужда от помощ при проектирането на гъвкав механизъм за продукт? Инженерите от prototype.builders могат да поемат проектирането и тестването.

Често задавани въпроси

Можете ли да отпечатате 3D работеща пружина?

Да. Плоските пружини, серпентинните пружини, конзолните пружини и гъвкавите елементи работят добре при SLS PA 12, когато напрежението в зоната на огъване остава доста под удължението при скъсване. Те са подходящи за леки сили и умерен брой цикли; за големи сили или прецизни, дълготрайни коефициенти на пружиниране, металната пружина е по-добра.

Какво представлява гъвкавият механизъм?

Механизъм, който получава движението си от еластичното огъване на гъвкави секции, вместо от стави, щифтове или лагери. Изработва се от една част, няма хлабини или триене в ставите и не се нуждае от сглобяване.

Коя посока на слоя е най-добра за гъвкави елементи?

Секцията за огъване трябва да се огъва в равнината на слоя. За PA 2200 EOS дава удължение при скъсване от 18 % в равнината на слоя и 4 % напречно на слоевете. В калкулатора можете да изберете равнината на слоя за всеки детайл.

Губят ли сила с времето 3D отпечатаните пластмасови пружини?

Под постоянно натоварване или отклонение пластмасите пълзят и се отпускат, особено когато са топли. Пружина от PA 12, която се държи компресирана дълго време, може да загуби част от силата си. Проектирайте за периодични натоварвания или използвайте метална пружина, когато силата трябва да остане постоянна.

Колко тънък може да бъде гъвкавият елемент при SLS?

Калкулаторът предупреждава за стени, по-тънки от 0.8 mm, а много тънките елементи са крехки по време на почистването от прах и бластирането. Правете гъвкавите елементи по-скоро по-дълги, отколкото по-тънки, и отпечатайте тестов образец с няколко дебелини, ако твърдостта е от значение.