Zaklapávací spoje v 3D tisku SLS z PA 12: pravidla, která vydrží montáž

Proč je SLS nylon vhodný pro zaklapávací spoje

Zaklapávací spoj funguje tak, že se pružný prvek během montáže ohne z cesty a nechá se odpružit zpět za západku. Materiál se musí natáhnout bez prasknutí a obnovit svůj tvar. PA 12 zvládá obojí poměrně dobře: pro PA 2200 uvádí EOS tažnost při přetržení 18 % v rovině vrstvy a pevnost v tahu 48 MPa. Mnoho dílů z pryskyřice a filamentu je buď křehčích, nebo mnohem slabších mezi vrstvami, což je důvod, proč jsou zaklapávací spoje klasickou aplikací pro SLS.

Stejná data od EOS obsahují nejdůležitější varování: napříč vrstvami klesá tažnost při přetržení na 4 % a pevnost v tahu na 42 MPa. Spona, která se ohýbá napříč vrstvami, může selhat při zlomku průhybu, který přežije v rovině vrstvy.

Typy zaklapávacích spojů

Konzolové zaklapávací spoje jsou nejběžnější a nejsnáze se počítají, proto se na ně zaměřuje zbytek tohoto průvodce.

Klíčové číslo: přetvoření v kořeni

Když se konzola ohne, materiál v jejím kořeni se natáhne nejvíce. Pokud toto přetvoření překročí to, co materiál snese, rameno praskne nebo zůstane trvale ohnuté. Pro rovné rameno s konstantním obdélníkovým průřezem je klasický odhad z příruček pro navrhování zaklapávacích spojů následující:

přetvoření ε = 1,5 × t × y ÷ L²

• t = tloušťka ramene v kořeni, ve směru ohybu
• y = průhyb potřebný k uvolnění západky (hloubka háčku)
• L = délka ramene od kořene k háčku

Vzorec ukazuje možnosti, které máte: přetvoření roste s tloušťkou a průhybem a klesá s druhou mocninou délky. Zdvojnásobení délky sníží přetvoření na čtvrtinu.

Jaké namáhání je přijatelné?

Tažnost při přetržení je limit, při kterém se zkušební těleso zlomí, nikoliv návrhová hodnota. Běžnou praxí je zůstat na jejím zlomku, a ještě níže u západek, které se zacvakávají mnohokrát. Udržujte vypočítanou deformaci hluboko pod 18 %, které EOS uvádí pro rovinu vrstvy, a pamatujte, že ostré rohy, práškový povrch a směr vrstvy snižují skutečnou rezervu. Jedinou spolehlivou odpovědí pro konkrétní západku je zkušební díl: s okamžitou cenou stojí tisk dvou nebo tří variant západky jen málo.

Pravidla pro navrhování konzolových zaklapávacích spojů

• Zaoblete kořen. Ostrý vnitřní roh koncentruje napětí a je místem, kde se většina západek láme. Zaoblení v kořeni, zhruba o velikosti poloviny tloušťky nosníku, představuje velký rozdíl.
• Zúžte nosník. Nosník, který se směrem k háčku ztenčuje, rozkládá namáhání rovnoměrněji; zúžení tloušťky na zhruba polovinu na špičce znatelně snižuje namáhání v kořeni při stejném průhybu.
• Udělejte jej delší, ne tenčí. Délka snižuje namáhání s druhou mocninou, tloušťka pouze lineárně. Nosník tenčí než přibližně 1 mm je křehký při vybalování a tryskání.
• Zvolte úhly háčku. Zaváděcí plocha s úhlem přibližně 30° usnadňuje montáž. Zadržovací plocha s úhlem 90° vytváří trvalý spoj; úhel přibližně 45° umožňuje díly od sebe opět oddělit.
• Počítejte s tolerancí. Obecná tolerance ±0,3 %, se spodní hranicí ±0,3 mm, platí pro háček i západku. Navrhněte západku tak, aby spoj stále držel na spodní hranici hloubky háčku a stále se dal sestavit na horní hranici. Viz SLS tolerance a vůle.
• Ponechte prostor pro ohyb. Nosník za sebou potřebuje volný prostor alespoň tak velký, jako je hloubka háčku, plus vůli. Bez něj je nosník nucen do ostřejšího ohybu v kořeni.
• Přidejte doraz. Žebro, které omezuje, jak moc se může nosník ohnout, jej chrání před přetažením, když někdo zatlačí příliš silně.
• Nespoléhejte se na to, že klip ponese zátěž. Zaklapávací spoje díly polohují a drží. Velké síly přenášejte přes žebra, kolíky nebo výstupky a nechte klip pouze držet díly pohromadě.

Orientace: pravidlo, které rozhoduje

Protože tažnost při přetržení je 18 % v rovině vrstvy a 4 % napříč vrstvami, musí se rameno ohýbat v rovině vrstvy. V praxi: délka ramene i směr jeho ohybu by měly v tiskárně ležet horizontálně. Klip, který stojí svisle a ohýbá se napříč vrstvami, funguje pouze pro velmi malé průhyby.

V kalkulačce můžete nastavit rovinu vrstvy pro každý díl (XY, XZ nebo YZ). Vyberte rovinu, ve které se vaše klipy ohýbají, a pokud má díl klipy ve více směrech, zvažte vytvoření klipů jako samostatných dílů, nebo to zmiňte při odesílání objednávky.

Prstencové a torzní zaklapávací spoje

Prstencové zaklapávací spoje, jako je víčko, které se nacvakne přes lem, roztahují celý obvod najednou. Deformace se rozloží na celý prstenec, ale prstenec se nemůže ohnout pryč, takže lem musí být mělký a stěny pružné. Drážky v prstenci jej promění v několik krátkých ramen a výrazně usnadní montáž.

Torzní zaklapávací spoje kroutí pákou kolem krátké hřídele. Smykové napětí v hřídeli je to, co je omezuje; delší hřídel jej rozloží. Oba typy se řídí stejnými principy: velkorysá zaoblení, zkušební díl a pozornost věnovaná orientaci.

Povrchová úprava, barvení a opakované použití

Všechny naše díly jsou tryskány skleněnými kuličkami a leštěny v zařízení DyeMansion Powershot DUAL. Podle společnosti DyeMansion tato povrchová úprava povrch spíše zhutňuje, než aby odstraňovala materiál, takže geometrie háčku zůstává zachována; hrany jsou mírně zaoblené, což usnadňuje zasouvání. Tekutá barviva TCN obarví povrchovou vrstvu bez přidání povlaku, takže obarvený klip má stejné rozměry jako bílý.

Nylon pod stálým napětím pomalu relaxuje. Klip, který je trvale ohnutý, například předepjatá západka, časem ztrácí část své síly. Navrhujte klipy tak, aby se po sestavení vrátily do svého nenamáhaného tvaru.

Kontrolní seznam

• Vypočítané napětí v kořeni je hluboko pod tažností při přetržení, u často používaných klipů ještě nižší.
• Zaoblení v kořeni, zhruba polovina tloušťky ramene.
• Rameno se ohýbá v rovině vrstvy.
• Tloušťka ramene alespoň cca 1 mm; spíše dlouhé než tenké.
• Zaváděcí plocha asi 30°, přídržná plocha zvolena pro trvalý nebo rozebíratelný spoj.
• Tolerance ±0,3 mm zohledněna na háčku a západce.
• Volný prostor a doraz za ramenem.
• Zkušební díl vytištěn před sérií.

Zaklapávací spoje jsou jen jednou částí konstrukce krytu; pravidla konstrukce pro SLS se věnují stěnám, otvorům a odprášení, článek závity a závitové vložky šroubovým spojům. Materiálová data najdete v průvodci nylonem PA12. U spoje, který musí vydržet mnoho cyklů nebo vysoké zatížení, s vámi mohou specialisté z prototype.builders posoudit konstrukční záměr a otestovat varianty.

Nahrajte díly do okamžité kalkulačky SLS, abyste zjistili, kolik stojí testovací varianty.

Časté dotazy

Lze SLS nylon použít pro zaklapávací spoje?

Ano. Laserem spékaný PA 12 je houževnatý a před prasknutím se natáhne; pro PA 2200 uvádí EOS tažnost při přetržení 18 % v rovině vrstvy. To z něj dělá jeden z nejlepších materiálů pro 3D tisk zaklapávacích spojů.

Jak vypočítám zaklapávací spoj pro 3D tisk?

U rovného ramene s konstantním obdélníkovým průřezem je poměrná deformace v kořeni přibližně 1,5 × tloušťka × průhyb děleno druhou mocninou délky. Udržujte tuto deformaci bezpečně pod hodnotou tažnosti materiálu při přetržení a ověřte ji pomocí zkušebního dílu.

Proč můj 3D vytištěný zaklapávací spoj praskl?

Nejčastějšími příčinami jsou ostrý roh v kořeni, rameno, které je pro daný průhyb příliš krátké nebo silné, a rameno, které se ohýbá napříč vrstvami, kde se PA 2200 před prasknutím natáhne pouze o 4 % místo 18 %.

Jaká orientace je pro zaklapávací spoje v SLS nejlepší?

Rameno by se mělo ohýbat v rovině vrstvy, přičemž jeho délka a směr ohybu by měly být v tiskárně horizontální. Rovinu vrstvy pro každý díl si můžete vybrat v kalkulačce.

Mění tryskání nebo barvení zaklapávací spoj?

Prakticky ne. Podle společnosti DyeMansion tryskání a leštění povrch spíše zhutňují, než aby odstraňovaly materiál, a barviva TCN obarvují povrchovou vrstvu bez vytvoření povlaku. Hrany jsou mírně zaoblené.

Kolikrát lze zaklapávací spoj SLS sestavit?

To závisí na namáhání v rameni. Sponu navrženou s nízkým namáháním v kořeni, zaoblením a správnou orientací lze zacvaknout mnohokrát; spona blížící se svému limitu namáhání může vydržet jen několik použití. Otestujte konkrétní návrh.