3D ispisane opruge, fleksibilni zglobovi i prilagodljivi mehanizmi u SLS PA 12

Što su prilagodljivi mehanizmi

Umjesto dva dijela koja se okreću oko osovine, prilagodljivi mehanizam koristi tanak, fleksibilan dio koji se savija. Tipični primjeri:

• Ravne i zmijolike opruge koje guraju dio natrag u položaj.
• Konzolne opruge poput osigurača, zasuna i gumba s oprugom.
• Fleksibilne šarke koje omogućuju jednom dijelu rotaciju za nekoliko stupnjeva u odnosu na drugi.
• Paralelne fleksibilne vodilice koje pomiču dio u ravnoj liniji bez klizanja.
• Jednodijelne hvataljke i stezaljke koje se zatvaraju pri pritisku.
• Bistabilni mehanizmi koji preskaču između dva stabilna položaja.

Prednosti su iste u svakom slučaju: jedan dio umjesto sklopa, nema zazora, nema trenja ili trošenja u zglobovima, nema podmazivanja i nema se što izgubiti. Cijena je ograničen raspon pokreta i pažljiv pogled na naprezanje u zoni savijanja.

Zašto SLS PA 12 odgovara fleksibilnim dijelovima

Za PA 2200, PA 12 koji ispisujemo, EOS navodi vlačni modul od 1.650 MPa, vlačnu čvrstoću od 48 MPa i istezanje pri prekidu od 18 % unutar ravnine sloja. Ta kombinacija umjerene krutosti i dobrog istezanja je ono što fleksibilni dio treba: primjetno se savija bez pucanja. Budući da SLS ne treba potporne strukture, tanki fleksibilni dijelovi, ugniježđene opruge i zatvoreni okviri ispisuju se onako kako su dizajnirani. Poprečno na slojeve, EOS navodi samo 4 % istezanja i 42 MPa, pa je smjer savijanja jednako važan kao i oblik. Pogledajte koliko je jak SLS najlon.

Procjena naprezanja u gredi koja se savija

Većina fleksibilnih dijelova i opruga ponaša se poput grede koja se savija. Za ravnu konzolu konstantnog pravokutnog presjeka, klasična procjena naprezanja u korijenu je:

naprezanje ε = 1.5 × t × y ÷ L²

• t = debljina grede u smjeru savijanja
• y = progib na vrhu
• L = slobodna duljina grede

Naprezanje raste s debljinom i progibom, a pada s kvadratom duljine. Duža greda je najučinkovitiji način za postizanje većeg hoda uz manje naprezanje. Držite izračunato naprezanje znatno ispod 18 % koje EOS navodi za ravninu sloja, a još niže za dijelove koji se savijaju mnogo puta; istezanje pri prekidu je točka u kojoj ispitna šipka puca, a ne projektna vrijednost. Isto pravilo objašnjeno je za kopče u uskočnim spojevima u SLS PA 12.

Procjena krutosti

Za istu konzolu, konstanta opruge na vrhu je približno:

k = E × b × t³ ÷ (4 × L³)

gdje je b širina grede, a E modul. S E = 1.650 MPa, greda široka 10 mm, debela 1,5 mm i duga 30 mm daje oko 0,5 N po milimetru progiba. Kub debljine i duljine dominira: 10 % veća debljina čini oprugu oko trećinu krućom, 10 % veća duljina čini je oko četvrtinu mekšom. Tretirajte rezultat kao početnu točku. Stvarna krutost sinteriranog dijela ovisi o smjeru sloja, površini zida i točnoj debljini nakon završne obrade, stoga izmjerite prve dijelove i prilagodite.

Da biste fleksibilni dio učinili krućim bez većeg naprezanja, učinite ga širim. Da biste dobili veći hod, učinite ga dužim ili ga savijte u zmijoliki oblik.

Pravila dizajna za SLS fleksibilne dijelove i opruge

• Savijanje unutar ravnine sloja. Smjer savijanja i duljina grede trebaju ležati u ravnini sloja. U kalkulatoru možete odabrati ravninu sloja po dijelu (XY, XZ ili YZ) ili prepustiti nama da odlučimo.
• Zaoblite krajeve. Zaobljenja na mjestu gdje se fleksibilni dio spaja s krutim tijelom raspoređuju naprezanje; oštar kut je mjesto gdje počinju pukotine.
• Dajte prednost lisnatim fleksibilnim dijelovima u odnosu na urezane šarke. Kratki urez koncentrira cijelo savijanje u sićušnoj zoni. Duži, ujednačeni list ga raspoređuje i traje duže.
• Nemojte ići pretanko. Kalkulator upozorava ispod 0,8 mm, a tanki elementi mogu puknuti tijekom uklanjanja praha i sačmarenja. Dobijte fleksibilnost duljinom, a ne tankoćom.
• Dodajte graničnike. Rebro koje ograničava hod štiti fleksibilni dio od prekomjernog istezanja.
• Držite razmake otvorenima. Između pomičnih i fiksnih dijelova ostavite najmanje 0,5 mm kako bi se prah mogao ukloniti i kako se ništa ne bi stopilo; pogledajte šarke i sklopove ispisane u komadu.
• Provjerite toleranciju. Debljina varira unutar naših smjernica za dizajn od ±0,3 % (najmanje ±0,3 mm), a krutost prati kub debljine, pa tanki fleksibilni dio više varira u krutosti nego u veličini.

Granice plastičnih opruga

• Puzanje i relaksacija. Pod trajnim opterećenjem ili progibom, plastika polako popušta, a opruga koja se drži stisnutom s vremenom gubi dio svoje sile. To se događa brže u toplim uvjetima; EOS navodi raspon od -40 do +80 °C za PA 2200 pod stalnim naprezanjem. Prilagodljivi mehanizmi koji se pomiču i vraćaju u mirovanje rade bolje od opruga koje ostaju prednapregnute.
• Zamor. Broj ciklusa koje fleksibilni dio preživi ovisi o njegovom naprezanju, površini i smjeru. Za mehanizme koji se pomiču mnogo puta, držite naprezanje niskim i testirajte.
• Preciznost sile. Ispisana opruga nije kalibrirana opruga. Tamo gdje sila mora biti točna ili konstantna godinama, upotrijebite metalnu oprugu i dizajnirajte ispisani dio da je drži.
• Žive šarke. Tanka šarka koja se savija pod velikim kutom poseban je slučaj s vlastitim pravilima; pogledajte žive šarke u SLS najlonu.

Testirajte prije nego što napravite commit

Krutost i vijek trajanja lakše je testirati nego točno izračunati. Ispišite uzorak s tri do pet savitljivih elemenata različitih debljina ili duljina, izmjerite silu pri poznatom progibu i savijajte ih onoliko često koliko će se savijati stvarni dio. Mali uzorci koštaju malo, a kalkulator prikazuje cijenu čim prenesete datoteku. Za opća pravila dizajna pogledajte SLS smjernice za dizajn.

Završna obrada i boja

Svaki dio je sačmaren staklenim kuglicama i poliran u DyeMansion Powershot DUAL. Prema DyeMansion, proces zbija površinu bez uklanjanja materijala, tako da dizajnirana debljina ostaje kakva jest. Bojenje u jednu od 61 boje je opcionalno; crna i narančasta su na zalihi, ostalih 59 boja dodaje oko mjesec dana (20 radnih dana) vremenu isporuke.

Trebate pomoć u dizajniranju popustljivog mehanizma za proizvod? Inženjeri u prototype.builders mogu preuzeti dizajn i testiranje.

Česta pitanja

Možete li 3D ispisati funkcionalnu oprugu?

Da. Ravne opruge, zmijolike opruge, konzolne opruge i savitljivi elementi dobro funkcioniraju u SLS PA 12 kada naprezanje u zoni savijanja ostane znatno ispod istezanja pri lomu. Prikladni su za male sile i umjeren broj ciklusa; za velike sile ili precizne, dugotrajne konstante opruge, bolja je metalna opruga.

Što je popustljivi mehanizam?

Mehanizam koji svoje kretanje dobiva elastičnim savijanjem fleksibilnih dijelova umjesto iz zglobova, klinova ili ležajeva. Izrađen je u jednom komadu, nema zazora ni trenja u zglobovima i ne zahtijeva sastavljanje.

Koji je smjer sloja najbolji za savitljive elemente?

Dio za savijanje trebao bi se savijati unutar ravnine sloja. Za PA 2200, EOS navodi istezanje pri lomu od 18 % u ravnini sloja i 4 % poprečno na slojeve. U kalkulatoru možete odabrati ravninu sloja po dijelu.

Gube li 3D ispisane plastične opruge silu s vremenom?

Pod trajnim opterećenjem ili progibom, plastika puzi i opušta se, a još više kada je topla. Opruga od PA 12 koja se dugo drži stisnutom može izgubiti dio svoje sile. Dizajnirajte za povremena opterećenja ili upotrijebite metalnu oprugu tamo gdje sila mora ostati konstantna.

Koliko tanak može biti savitljivi element u SLS?

Kalkulator upozorava na zidove tanje od 0.8 mm, a vrlo tanki elementi su krhki tijekom uklanjanja praha i sačmarenja. Neka savitljivi elementi budu radije duži nego tanji, i ispišite testni uzorak s nekoliko debljina ako je krutost važna.