3D-Druck Scharniere und bewegliche Baugruppen: Print-in-Place mit SLS-Nylon

Warum SLS für Print-in-Place gemacht ist

Beim Filament- und Harzdruck benötigt jeder Überhang eine Stütze, und Stützstrukturen im Inneren eines Scharniers sind fast unmöglich zu entfernen. Beim SLS wächst das Teil in einem Bett aus PA 12-Pulver. Das nicht verschmolzene Pulver bleibt lose um das Teil herum und trägt es, sodass der Drucker geschlossene Schlaufen, ineinandergreifende Glieder und Stifte in Gelenken ohne jegliche Stützstruktur herstellen kann. Nach dem Drucken wird das lose Pulver entfernt und der Mechanismus bewegt sich.

Typische Print-in-Place-Teile sind Scharniere und Klappdeckel, Ketten und Kabelträger, Kugelgelenke und Gelenkfinger für Greifer, Drehknöpfe und Einstellräder, unverlierbare Schrauben und Clips sowie Demonstrationsmodelle mit beweglichen Teilen. Der praktische Nutzen: keine Montage, keine Kleinteile, die verloren gehen können, und ein Mechanismus, der bei der Lieferung sofort einsatzbereit ist.

Die zwei Regeln: Spaltmaß und Pulverauslass

Regel 1: mindestens 0,5 mm Spalt

Während des Druckens schmelzen Pulverkörner neben einer verschmolzenen Oberfläche teilweise und haften an ihr. Wenn zwei bewegliche Oberflächen zu nah beieinander liegen, verbinden sich die Körner dazwischen mit beiden und das Gelenk verschmilzt. Ein Spalt von mindestens 0,5 mm zwischen allen beweglichen Oberflächen ist unsere Ausgangsrichtlinie für lasergesintertes PA 12. Größere Teile und lange, schmale Spalte profitieren von mehr.

Dies sind Ausgangspunkte, keine Garantien. Drucken Sie für einen kritischen Mechanismus zuerst eine kleine Testversion; bei einem Sofortpreis kostet ein Test wenig.

Regel 2: Das Pulver muss herauskommen können

Jeder Spalt ist voller Pulver, wenn das Teil den Drucker verlässt. Entpulvern und Glasperlenstrahlen entfernen es, aber nur, wenn es nach außen gelangen kann. Ein Spalt, der an beiden Enden offen ist, lässt sich leicht reinigen. Eine geschlossene Tasche oder ein langer Sackkanal behält sein Pulver, und ein Gelenk voller verdichtetem Pulver bewegt sich nicht.

• Öffnen Sie jedes Gelenk auf mindestens einer Seite nach außen, besser auf zwei.
• Vermeiden Sie Sacklöcher um Stifte; lassen Sie den Stiftkanal durchlaufen.
• Fügen Sie geschlossenen Volumen Entpulverungsöffnungen hinzu; der Kalkulator erkennt eingeschlossene Hohlräume, wenn Sie das Modell hochladen.
• Halten Sie Spalten kurz und gerade, wo Sie können.

Konstruktion eines Print-in-Place-Scharniers

Ein Print-in-Place-Scharnier besteht aus Gelenkrollen an beiden Hälften und einem Stift, der zu einer Hälfte gehört und durch die andere verläuft. Ein paar Details machen den Unterschied zwischen einem Scharnier, das sich beim ersten Versuch bewegt, und einem, das erst losgebrochen werden muss:

• Fasen Sie die Stiftenden an oder spitzen Sie sie zu, damit der Stift gehalten wird, der Spalt an den Enden aber offen bleibt.
• Halten Sie den Spalt gleichmäßig um den Stift und zwischen den Gelenkflächen.
• Geben Sie dem Stift genügend Durchmesser, um die Last zu tragen; dünne Stifte aus Nylon verbiegen sich. Wenn das Scharnier belastet wird, ziehen Sie stattdessen ein Loch für einen Metallstift in Betracht.
• Fügen Sie einen Winkelanschlag hinzu, wenn der Deckel nicht überdrehen soll.
• Vermeiden Sie Kontaktflächen, die groß und flach sind; sie benötigen mehr Spielraum als kleine zylindrische.

Ein Print-in-Place-Scharnier ist nicht auf die Biegung des Werkstoffs angewiesen und hält daher in der Regel viel länger als ein Filmscharnier aus SLS-Nylon. Der Preis dafür sind etwas Spiel und mehr Platz für die Scharnieraugen.

Ketten, Kugelgelenke und andere Mechanismen

Ketten und Kabelträger

Ineinandergreifende Glieder sind das klassische SLS-Vorzeigeobjekt. Jedes Glied benötigt einen Spalt von 0,5 mm zu seinen Nachbarn auf allen Seiten, und jedes Glied sollte offen genug sein, damit das Pulver herausfallen kann.

Kugelgelenke

Eine Kugel in einer Pfanne ist der schwierigste Fall, da der kugelförmige Spalt Pulver einschließt. Öffnen Sie die Pfanne großzügig, fügen Sie Schlitze hinzu und beginnen Sie mit einem größeren Spalt als bei einem Scharnier. Wenn das Gelenk eine Position durch Reibung halten muss, testen Sie es: Die Reibung nach dem Entpulvern ist schwer vorherzusagen.

Rotierende Teile und Drehregler

Ein auf einer Welle gehaltener Knopf funktioniert gut, wenn die Welle einen Absatz oder Konus hat, um den Knopf zu halten, und der Spalt nach außen offen bleibt. Für ein spürbares Einrasten fügen Sie eine kleine flexible Zunge hinzu, anstatt sich auf eine enge Passung zu verlassen.

Ausrichtung und Genauigkeit

Die Druckvorbereitung wählt die Ausrichtung für den gesamten Druckauftrag, und bewegliche Teile funktionieren in jeder Ausrichtung, solange die Spaltmaße eingehalten werden. Die Schichten sind etwa ein Zehntel Millimeter dick (EOS gibt 0,12 mm für den PA 2200-Prozess an), sodass gekrümmte Oberflächen feine Stufen aufweisen, die die Reibung leicht erhöhen. Die allgemeine Toleranz, für die wir konstruieren, beträgt ±0,3 % mit einer Untergrenze von ±0,3 mm; mehr dazu unter SLS-Toleranzen und -Spaltmaße.

Nach dem Druck: Entpulvern, Strahlen, Färben

Unsere Teile werden entpulvert, dann glasperlengestrahlt und in einer DyeMansion Powershot DUAL poliert, was im Preis inbegriffen ist. Das Strahlen reinigt die Spalte und glättet die Kontaktflächen; laut DyeMansion verdichtet der Prozess die Oberfläche, ohne Material abzutragen, sodass der konstruierte Spalt unverändert bleibt. Wenn Sie den Mechanismus nach der Lieferung ein paar Mal bewegen, wird er vollständig freigängig. Wenn Sie eine Farbe wählen, färbt das Färben mit flüssigen TCN-Farben die Oberflächenschicht, ohne eine Beschichtung hinzuzufügen, sodass die Spalte nicht verschlossen werden. Lesen Sie mehr über die Schritte unter SLS-Nachbearbeitung und Oberflächenfinish.

Checkliste

• Mindestens 0,5 mm Spalt zwischen allen beweglichen Flächen.
• Jeder Spalt und Hohlraum muss nach außen offen sein; keine Sacklöcher für Stifte.
• Stiftenden abgeschrägt oder konisch geformt, damit der Stift fixiert ist.
• Winkelanschläge, wo die Drehung begrenzt werden muss.
• Tragende Scharniere: dickerer Stift oder ein Loch für einen Metallstift.
• Als ein Modell hochgeladen; prüfen Sie die Hohlraumwarnung im Kalkulator.
• Kritischer Mechanismus: zuerst eine kleine Testversion.

Für Mechanismen, die Lasten tragen, eine definierte Haptik benötigen oder Teil eines Produkts sind, können die Spezialisten von prototype.builders die Designabsicht mit Ihnen überprüfen.

Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet Print-in-Place?

Ein Mechanismus wie ein Scharnier, eine Kette oder ein Kugelgelenk wird bereits montiert gedruckt, mit einem kleinen Spalt zwischen den beweglichen Teilen. Nach dem Drucken wird das lose Pulver aus dem Spalt entfernt und die Teile bewegen sich frei ohne jegliche Montage.

Welchen Spalt benötigen Print-in-Place-Teile beim SLS?

Verwenden Sie einen Spalt von mindestens 0,5 mm zwischen beweglichen Oberflächen. Bei kleineren Spalten besteht die Gefahr, dass die Teile miteinander verschmelzen, da das Pulver neben den heißen Oberflächen teilweise sintert und anhaftet.

Warum ist SLS gut für Print-in-Place-Teile?

Das unverschmolzene Pulver stützt die Teile während des Drucks, sodass keine Stützstrukturen aus dem Inneren des Gelenks entfernt werden müssen. Jede Ausrichtung und jede verschachtelte Geometrie sind möglich, solange das Pulver herausfallen kann.

Kann eingeschlossenes Pulver im Gelenk verbleiben?

Ja, wenn das Gelenk geschlossen ist. Loses Pulver muss jeden Spalt und Hohlraum verlassen können. Öffnen Sie das Gelenk nach außen, vermeiden Sie lange Sackkanäle und fügen Sie geschlossenen Volumina Entpulverungsöffnungen hinzu. Der Kalkulator erkennt eingeschlossene Hohlräume, wenn Sie das Modell hochladen.

Wird ein Print-in-Place-Scharnier Spiel haben?

Ja, ein wenig. Der Spalt, der erforderlich ist, um die Teile während des Drucks auf Abstand zu halten, wird nach dem Entpulvern zu Spiel. Wenn das Spiel kritisch ist, konstruieren Sie einen separaten Stift oder eine Buchse, oder fordern Sie Design-Unterstützung an.

Muss ich für die beweglichen Teile separate Dateien hochladen?

Nein. Eine Print-in-Place-Baugruppe wird als ein einziges Modell hochgeladen. Der Kalkulator prüft, ob sie in den 200 × 250 × 330 mm großen Bauraum passt, und berechnet den Preis als ein Teil.