Charnières actives en nylon SLS : ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas

La réponse courte

Les charnières actives peuvent être imprimées en SLS PA 12, mais traitez-les comme des charnières à cycle limité : des couvercles qui s'ouvrent de temps en temps, des languettes qui se plient une fois lors de l'assemblage, des clips flexibles et des serre-câbles. Si la charnière doit s'ouvrir et se fermer toute la journée pendant des années, une pièce en polypropylène moulé ou une charnière à axe mécanique est la meilleure solution.

Pourquoi le PA 12 n'est pas du polypropylène

Le polypropylène est célèbre pour les charnières actives car le moulage oriente ses chaînes de polymères à travers la charnière, ce qui rend la fine bande extrêmement résistante aux flexions répétées. Le frittage laser n'oriente pas le matériau de cette manière. Une pièce frittée est construite à partir de grains de poudre fusionnés, couche par couche, et présente une surface légèrement poreuse. Cela donne au nylon SLS sa résistance et sa ténacité pour les supports et les boîtiers, mais une durée de vie en fatigue moindre dans une bande fine et fortement pliée.

Le chiffre clé est l'allongement à la rupture. Pour le PA 2200, la poudre de PA 12 que nous imprimons, EOS donne 18 % dans le plan de la couche et 4 % à travers les couches. Une charnière active fonctionne en étirant la surface extérieure de la bande lorsqu'elle se plie. Plus la bande est fine et plus son rayon de courbure est grand, plus cette contrainte est faible. L'objectif de conception est simple : maintenir la contrainte bien en dessous de ce que le matériau peut supporter, et la maintenir dans la direction où le matériau est le plus résistant.

Règles de conception pour les charnières actives en SLS

Orientez la charnière dans les couches

La bande de flexion doit reposer à plat dans le plan de la couche, avec l'axe de la charnière également dans ce plan. Une charnière qui doit se plier à travers les couches repose sur la liaison plus faible entre les couches et cède beaucoup plus tôt. Si une orientation de la pièce est importante pour la charnière, mentionnez-la lors de votre commande ; la préparation de l'impression choisit l'orientation pour l'ensemble du travail d'impression.

Répartissez la courbure sur une longueur

Une charnière trop courte concentre toute la courbure dans une zone étroite. Une zone flexible plus longue répartit la contrainte et permet à la charnière de s'ouvrir davantage avant que la surface ne s'étire excessivement. En pratique, donnez à la charnière une longueur flexible clairement définie plutôt qu'une encoche pointue.

Arrondissez chaque transition

La charnière ne se casse presque jamais au milieu. Elle se casse là où la bande fine rencontre le corps épais, car ce coin concentre les contraintes. Des congés généreux des deux côtés de la charnière, en haut et en bas, constituent l'amélioration la plus efficace.

Fine, mais imprimable

Une bande plus fine se plie avec moins de contraintes, mais le SLS a une épaisseur de paroi minimale imprimable et les éléments très fins sont fragiles lorsque les pièces sont dépoudrées et microbillées. La bonne épaisseur dépend de la longueur de la charnière, de l'angle d'ouverture, de la fréquence à laquelle elle se pliera et de la charge qu'elle supporte, il n'y a donc pas de chiffre universel. La méthode fiable est un coupon de test : une bande de charnières avec plusieurs épaisseurs et longueurs côte à côte. C'est une petite pièce, donc elle coûte peu, et le calculateur la tarifie instantanément.

Limitez l'angle d'ouverture

Une charnière qui ne doit s'ouvrir qu'à 90° vit beaucoup plus longtemps qu'une charnière qui se replie à plat à 180°. Si le couvercle ne doit donner qu'un accès, ajoutez une butée qui limite l'angle.

Rodez-la avant utilisation

Plier doucement une charnière SLS neuve quelques fois, sur toute son amplitude de mouvement, l'aide à se mettre en place. Ne la pliez pas au-delà de l'angle prévu.

Liste de contrôle avant de commander

• La bande de la charnière se trouve dans le plan de la couche, et vous l'avez précisé si cela a de l'importance.
• Des congés aux deux extrémités de la bande, sur les deux faces.
• Une longueur flexible définie, et non une encoche.
• Une butée d'angle si le couvercle n'a pas besoin de se replier à plat.
• Aucune charge permanente sur la charnière (ressorts, couvercles lourds).
• Un échantillon de test avec plusieurs épaisseurs imprimé au préalable si la charnière est critique.
• Un jeu suffisant autour de la charnière pour que le couvercle se ferme sans frotter : voir Tolérances et jeux SLS.

Quand une charnière à axe est le meilleur choix

Le SLS présente un avantage que le moulage n'a pas : il imprime des pièces mobiles déjà assemblées. Au lieu d'une bande qui se plie, vous pouvez imprimer deux charnons et un axe avec un espace entre eux. Le matériau n'a pas du tout besoin de fléchir, la charnière peut donc tourner beaucoup plus de fois et supporter une charge plus importante. Les règles sont un espace d'au moins 0,5 mm entre les surfaces mobiles et un moyen pour la poudre non frittée de s'échapper. Le guide sur les charnières imprimées sur place et assemblages mobiles couvre les détails.

Une troisième option est une charnière avec une goupille métallique insérée à travers deux charnons imprimés. C'est la plus robuste et elle est facile à entretenir. Les couvercles à encliquetage sont un autre moyen d'éviter complètement les charnières.

Finition et couleur

Nos pièces sont microbillées aux billes de verre et polies dans une DyeMansion Powershot DUAL, inclus dans le prix. Selon DyeMansion, le processus compacte la surface sans enlever de matière, de sorte qu'une charnière conserve son épaisseur conçue ; les bords sont légèrement arrondis, ce qui aide plutôt que de nuire. La teinture avec des colorants liquides TCN colore la couche superficielle sans ajouter de revêtement, elle ne rigidifie donc pas la charnière. Selon DyeMansion, la teinture pénètre d'environ 0,2 mm dans le PA 2200. Les 61 nuances du catalogue de couleurs sont chiffrées instantanément dans le calculateur.

Quand demander de l'aide à la conception

Si la charnière supporte une charge, doit survivre à un nombre défini de cycles ou fait partie d'un produit, la décision entre une charnière active, une charnière à axe et une pièce moulée dépend de l'intention de conception globale. Les spécialistes de prototype.builders peuvent l'examiner avec vous et tester des variantes. Pour le matériau lui-même, consultez le guide du nylon PA 12, et pour les épaisseurs de paroi et les détails minimums, les directives de conception SLS.

Questions fréquentes

Pouvez-vous imprimer en 3D une charnière active avec le SLS ?

Oui, pour les charnières qui fléchissent un nombre limité de fois, comme le couvercle d'une boîte ouverte occasionnellement ou un clip qui se plie lors de l'assemblage. Le PA 12 fritté au laser est beaucoup moins ductile que le polypropylène moulé, de sorte qu'une charnière active imprimée n'atteindra pas la durée de vie d'une charnière moulée.

Quelle doit être l'épaisseur d'une charnière active en SLS PA 12 ?

Il n'y a pas de chiffre unique. La charnière doit être suffisamment fine pour se plier sans trop étirer le matériau et suffisamment épaisse pour s'imprimer de manière fiable et supporter la charge. Imprimez un échantillon de test avec plusieurs épaisseurs et longueurs et pliez-le de la manière dont la pièce réelle sera utilisée.

Comment une charnière active doit-elle être orientée dans l'imprimante ?

La bande de pliage doit se trouver dans le plan de la couche. EOS indique un allongement à la rupture de 18 % dans le sens des couches pour le PA 2200, mais de seulement 4 % à travers celles-ci, de sorte qu'une charnière qui se plie à travers les couches se casse beaucoup plus tôt.

Le polypropylène est-il meilleur pour les charnières actives ?

Pour un nombre de cycles élevé, oui. Le polypropylène moulé est le matériau classique des charnières actives. Le SLS PA 12 est le bon choix lorsque la charnière fait partie d'une pièce complexe en nylon dont vous avez besoin rapidement ou en petites quantités.

Quelle est l'alternative à une charnière active en SLS ?

Une charnière à axe imprimée sur place : deux charnons et un axe imprimés déjà assemblés, avec un espace d'au moins 0,5 mm et un passage pour que la poudre s'échappe. Elle ne dépend pas de la flexion du matériau, elle dure donc beaucoup plus longtemps.

La teinture affecte-t-elle une charnière active ?

La teinture colore la couche superficielle sans ajouter de revêtement, elle ne modifie donc pas la façon dont la charnière se plie. Les charnières très fines doivent tout de même être testées dans la couleur et la finition finales.