3D nyomtatott rugók, hajlítóelemek és rugalmas mechanizmusok SLS PA 12-ből

Mik azok a rugalmas mechanizmusok

Ahelyett, hogy két alkatrész egy csap körül forogna, a rugalmas mechanizmus egy vékony, rugalmas szakaszt használ, amely meghajlik. Tipikus példák:

• Lap- és szerpentinrugók, amelyek visszanyomnak egy alkatrészt a helyére.
• Konzolos rugók, például rögzítők, reteszek és rugós gombok.
• Hajlítópántok, amelyek lehetővé teszik, hogy az egyik alkatrész néhány fokot elforduljon a másikhoz képest.
• Párhuzamos hajlítóvezetékek, amelyek egy alkatrészt egyenes vonalban mozgatnak csúszás nélkül.
• Egyrészes megfogók és bilincsek, amelyek nyomásra záródnak.
• Bistabil mechanizmusok, amelyek két stabil pozíció között pattannak át.

Az előnyök minden esetben ugyanazok: egyetlen alkatrész egy szerelvény helyett, nincs holtjáték, nincs súrlódás vagy kopás az illesztésekben, nincs szükség kenésre, és nincs mi elvesszen. Az ára a korlátozott mozgástartomány és a hajlítási zónában fellépő alakváltozás gondos vizsgálata.

Miért felel meg az SLS PA 12 a hajlítóelemekhez

A PA 2200 esetében, amely a mi általunk nyomtatott PA 12, az EOS 1650 MPa húzási modulust, 48 MPa szakítószilárdságot és 18%-os szakadási nyúlást ad meg a rétegsíkon belül. A mérsékelt merevség és a jó nyúlás ezen kombinációja az, amire egy hajlítóelemnek szüksége van: észrevehetően hajlik anélkül, hogy eltörne. Mivel az SLS nem igényel támasztószerkezeteket, a vékony hajlítóelemek, az egymásba ágyazott rugók és a zárt keretek pontosan a tervek szerint nyomtathatók. A rétegekre merőlegesen az EOS csak 4% nyúlást és 42 MPa-t ad meg, így a hajlítás iránya legalább annyira számít, mint az alak. Lásd: milyen erős az SLS nylon.

Az alakváltozás becslése egy hajlított gerendában

A legtöbb hajlítóelem és rugó úgy viselkedik, mint egy hajlított gerenda. Egy állandó téglalap keresztmetszetű, egyenes konzol esetében a tövénél fellépő alakváltozás klasszikus becslése a következő:

nyúlás ε = 1.5 × t × y ÷ L²

• t = a gerenda vastagsága a hajlítás irányában
• y = lehajlás a végén
• L = a gerenda szabad hossza

Az alakváltozás a vastagsággal és a lehajlással nő, és a hossz négyzetével csökken. Egy hosszabb gerenda a leghatékonyabb módja annak, hogy nagyobb elmozdulást érjünk el kisebb alakváltozással. Tartsa a kiszámított alakváltozást jóval az EOS által a rétegsíkra megadott 18% alatt, és még alacsonyabban a sokszor hajló alkatrészeknél; a szakadási nyúlás az a pont, ahol egy tesztrúd eltörik, nem pedig egy tervezési érték. Ugyanezt a szabályt magyarázzuk el a klipszek esetében a bepattanó kötések SLS PA 12-ből című cikkben.

A merevség becslése

Ugyanennél a konzolnál a rugóállandó a végén megközelítőleg:

k = E × b × t³ ÷ (4 × L³)

ahol b a gerenda szélessége és E a modulus. E = 1650 MPa esetén egy 10 mm széles, 1,5 mm vastag és 30 mm hosszú gerenda körülbelül 0,5 N erőt ad milliméterenkénti lehajlásra. A vastagság és a hossz köbe dominál: 10%-kal nagyobb vastagság a rugót körülbelül egyharmadával merevebbé teszi, 10%-kal nagyobb hossz pedig körülbelül egynegyedével lágyabbá. Kezelje az eredményt kiindulópontként. Egy szinterezett alkatrész tényleges merevsége függ a rétegiránytól, a falfelülettől és a felületkezelés utáni pontos vastagságtól, ezért mérje meg az első alkatrészeket, és végezzen módosításokat.

Ahhoz, hogy egy hajlítóelemet merevebbé tegyen anélkül, hogy növelné az alakváltozást, tegye szélesebbé. Nagyobb elmozdulás eléréséhez tegye hosszabbá, vagy hajtogassa szerpentin alakba.

Tervezési szabályok SLS hajlítóelemekhez és rugókhoz

• Hajlítson a rétegsíkon belül. A hajlítás irányának és a gerenda hosszának a rétegsíkban kell lennie. A kalkulátorban alkatrészenként kiválaszthatja a rétegsíkot (XY, XZ vagy YZ), vagy ránk bízhatja a döntést.
• Kerekítse le a végeket. A lekerekítések ott, ahol a hajlítóelem találkozik a merev testtel, elosztják a feszültséget; az éles sarkoknál kezdődnek a repedések.
• Részesítse előnyben a laphajlítókat a bemetszett pántokkal szemben. Egy rövid bemetszés az összes hajlítást egy apró zónába koncentrálja. Egy hosszabb, egyenletes lap elosztja azt, és tovább tart.
• Ne legyen túl vékony. A kalkulátor 0,8 mm alatt figyelmeztet, és a vékony részletek eltörhetnek a portalanítás és a szemcseszórás során. A rugalmasságot a hosszal növelje, ne a vékonysággal.
• Adjon hozzá ütközőket. Egy borda, amely korlátozza az elmozdulást, megvédi a hajlítóelemet a túlzott megnyúlástól.
• Tartsa nyitva a hézagokat. A mozgó és rögzített szakaszok között hagyjon legalább 0,5 mm-t, hogy a port el lehessen távolítani, és semmi ne olvadjon össze; lásd: egyben nyomtatott pántok és szerelvények.
• Ellenőrizze a tűrést. A vastagság a ±0,3%-os (legalább ±0,3 mm) tervezési irányelvünkön belül változik, a merevség pedig a vastagság köbét követi, így egy vékony hajlítóelem merevsége jobban változik, mint a mérete.

A műanyag rugók korlátai

• Kúszás és relaxáció. Tartós terhelés vagy lehajlás alatt a műanyagok lassan engednek, és egy összenyomva tartott rugó idővel elveszíti erejének egy részét. Ez meleg körülmények között gyorsabban történik; az EOS -40 és +80 °C közötti tartományt ad meg a PA 2200-hoz állandó feszültség alatt. A mozgó és nyugalmi helyzetbe visszatérő rugalmas mechanizmusok jobban működnek, mint az előfeszítve maradó rugók.
• Kifáradás. A ciklusok száma, amelyet egy hajlítóelem túlél, függ az alakváltozásától, a felületétől és az irányától. A sokszor mozgó mechanizmusok esetében tartsa alacsonyan az alakváltozást, és teszteljen.
• Az erő pontossága. Egy nyomtatott rugó nem kalibrált rugó. Ahol egy erőnek éveken át pontosnak vagy állandónak kell lennie, használjon fémrugót, és tervezze meg a nyomtatott alkatrészt úgy, hogy az tartsa azt.
• Élőzsanérok. Egy vékony zsanér, amely nagy szögben hajlik, különleges eset, saját szabályokkal; lásd: élőzsanérok SLS nylonból.

Tesztelj a commit előtt

A merevséget és az élettartamot könnyebb tesztelni, mint pontosan kiszámítani. Nyomtass egy próbadarabot három-öt különböző vastagságú vagy hosszúságú rugalmas elemmel, mérd meg az erőt egy ismert lehajlásnál, és hajlítsd meg őket annyiszor, ahányszor a valódi alkatrész is hajlani fog. A kis próbadarabok kevesébe kerülnek, és a kalkulátor azonnal megmutatja az árat, amint feltöltöd a fájlt. Az általános tervezési szabályokért lásd az SLS tervezési irányelveket.

Felületkezelés és szín

Minden alkatrészt üveggyönggyel fújunk és polírozunk egy DyeMansion Powershot DUAL gépben. A DyeMansion szerint a folyamat tömöríti a felületet anélkül, hogy anyagot távolítana el, így a tervezett vastagság változatlan marad. A 61 szín egyikére történő festés opcionális; a fekete és a narancssárga raktáron van, a többi 59 szín körülbelül egy hónappal (20 munkanappal) növeli a szállítási időt.

Segítségre van szükséged egy termék rugalmas mechanizmusának tervezéséhez? A prototype.builders mérnökei átvállalhatják a tervezést és a tesztelést.

Gyakran ismételt kérdések

Lehet 3D nyomtatással működő rugót készíteni?

Igen. A laprugók, szerpentinrugók, konzolos rugók és hajlítóelemek jól működnek SLS PA 12 anyagból, ha a hajlítási zónában a feszültség jóval a szakadási nyúlás alatt marad. Kis erőkhöz és mérsékelt ciklusszámhoz alkalmasak; nagy erőkhöz vagy precíz, hosszan tartó rugóállandókhoz jobb a fémrugó.

Mi az a rugalmas mechanizmus?

Olyan mechanizmus, amely a mozgását a rugalmas szakaszok elasztikus hajlításából nyeri, nem pedig csuklókból, csapokból vagy csapágyakból. Egy darabból készül, nincs holtjátéka vagy súrlódása a csuklókban, és nem igényel összeszerelést.

Melyik rétegirány a legjobb a hajlítóelemekhez?

A hajlító szakasznak a rétegsíkon belül kell hajolnia. A PA 2200 esetében az EOS 18 %-os szakadási nyúlást ad meg a rétegsíkban, és 4 %-ot a rétegekre merőlegesen. A kalkulátorban alkatrészenként kiválaszthatod a rétegsíkot.

A 3D nyomtatott műanyag rugók idővel veszítenek az erejükből?

Tartós terhelés vagy lehajlás alatt a műanyagok kúsznak és relaxálódnak, melegben még inkább. Egy hosszú ideig összenyomva tartott PA 12 rugó elveszítheti erejének egy részét. Tervezz szakaszos terhelésre, vagy használj fémrugót ott, ahol az erőnek állandónak kell maradnia.

Milyen vékony lehet egy hajlítóelem az SLS technológiában?

A kalkulátor figyelmeztet a 0,8 mm-nél vékonyabb falakra, és a nagyon vékony elemek törékenyek a portalanítás és a fúvás során. A hajlítóelemeket inkább hosszabbra, mint vékonyabbra tervezd, és nyomtass egy próbadarabot többféle vastagsággal, ha a merevség számít.