Molle stampate in 3D, flessioni e meccanismi cedevoli in SLS PA 12

Cosa sono i meccanismi cedevoli

Invece di due parti che ruotano attorno a un perno, un meccanismo cedevole utilizza una sezione sottile e flessibile che si piega. Esempi tipici:

• Molle piatte e a serpentina che spingono una parte di nuovo in posizione.
• Molle a sbalzo come fermi, chiusure e pulsanti a molla.
• Cerniere flessibili che permettono a una parte di ruotare di alcuni gradi rispetto a un'altra.
• Guide flessibili parallele che muovono una parte in linea retta senza scorrimento.
• Pinze e morsetti in un unico pezzo che si chiudono quando premuti.
• Meccanismi bistabili che scattano tra due posizioni stabili.

I vantaggi sono gli stessi in ogni caso: una sola parte invece di un assemblaggio, nessun gioco, nessun attrito o usura nei giunti, nessuna lubrificazione e nulla da perdere. Il prezzo da pagare è un raggio di movimento limitato e un'attenta valutazione della deformazione nella zona di piegatura.

Perché l'SLS PA 12 è adatto agli elementi flessibili

Per il PA 2200, il PA 12 che stampiamo, EOS indica un modulo di trazione di 1.650 MPa, un carico di rottura di 48 MPa e un allungamento a rottura del 18 % all'interno del piano dei layer. Questa combinazione di rigidità moderata e buon allungamento è ciò di cui ha bisogno un elemento flessibile: si piega notevolmente senza rompersi. Poiché l'SLS non necessita di strutture di supporto, gli elementi flessibili sottili, le molle annidate e i telai chiusi vengono stampati come progettati. Attraverso i layer, EOS indica solo il 4 % di allungamento e 42 MPa, quindi la direzione di piegatura è importante quanto la forma. Consulti quanto è resistente il nylon SLS.

Stimare la deformazione in una trave inflessa

La maggior parte degli elementi flessibili e delle molle si comporta come una trave che si piega. Per una trave a sbalzo dritta a sezione rettangolare costante, la stima classica della deformazione alla radice è:

deformazione ε = 1.5 × t × y ÷ L²

• t = spessore della trave nella direzione di piegatura
• y = deflessione all'estremità
• L = lunghezza libera della trave

La deformazione cresce con lo spessore e la deflessione e diminuisce con il quadrato della lunghezza. Una trave più lunga è il modo più efficace per ottenere una corsa maggiore con minore deformazione. Mantenga la deformazione calcolata ben al di sotto del 18 % che EOS indica per il piano dei layer, e ancora più bassa per le parti che si piegano molte volte; l'allungamento a rottura è il punto in cui una barra di prova si rompe, non un valore di progetto. La stessa regola è spiegata per le clip negli incastri a scatto in SLS PA 12.

Stimare la rigidità

Per la stessa trave a sbalzo, la costante elastica all'estremità è approssimativamente:

k = E × b × t³ ÷ (4 × L³)

con b la larghezza della trave ed E il modulo. Con E = 1.650 MPa, una trave larga 10 mm, spessa 1,5 mm e lunga 30 mm fornisce circa 0,5 N per millimetro di deflessione. Il cubo dello spessore e della lunghezza domina: il 10 % in più di spessore rende la molla circa un terzo più rigida, il 10 % in più di lunghezza la rende circa un quarto più morbida. Consideri il risultato come un punto di partenza. La rigidità reale di una parte sinterizzata dipende dalla direzione dei layer, dalla superficie della parete e dallo spessore esatto dopo la finitura, quindi misuri le prime parti e apporti le dovute modifiche.

Per rendere un elemento flessibile più rigido senza aumentare la deformazione, lo renda più largo. Per ottenere una corsa maggiore, lo renda più lungo o lo pieghi a serpentina.

Regole di progettazione per elementi flessibili e molle SLS

• Piegare all'interno del piano dei layer. La direzione di flessione e la lunghezza della trave dovrebbero trovarsi nel piano dei layer. Nel calcolatore può scegliere il piano dei layer per parte (XY, XZ o YZ) o lasciare che decidiamo noi.
• Arrotondare le estremità. I raccordi nel punto in cui l'elemento flessibile incontra il corpo rigido distribuiscono lo stress; un angolo acuto è il punto in cui iniziano le crepe.
• Preferire gli elementi flessibili a balestra alle cerniere a intaglio. Un intaglio corto concentra tutta la piegatura in una zona minuscola. Una balestra più lunga e uniforme la distribuisce e dura di più.
• Non renderli troppo sottili. Il calcolatore avvisa al di sotto di 0,8 mm e le caratteristiche sottili possono rompersi durante la rimozione della polvere e la perlatura. Ottenga flessibilità con la lunghezza, non con la sottigliezza.
• Aggiungere dei fermi. Una nervatura che limita la corsa protegge l'elemento flessibile da un eccessivo allungamento.
• Mantenere aperti gli spazi vuoti. Tra le sezioni mobili e fisse, lasci almeno 0,5 mm in modo che la polvere possa essere rimossa e nulla si fonda; veda cerniere e assemblaggi print-in-place.
• Controllare la tolleranza. Lo spessore varia all'interno della nostra linea guida di progettazione di ±0,3 % (almeno ±0,3 mm) e la rigidità segue il cubo dello spessore, quindi un elemento flessibile sottile varia più in rigidità che in dimensioni.

Limiti delle molle in plastica

• Scorrimento viscoso e rilassamento. Sotto un carico o una deflessione permanente, le plastiche cedono lentamente e una molla mantenuta compressa perde parte della sua forza nel tempo. Questo accade più velocemente in condizioni calde; EOS indica un intervallo da -40 a +80 °C per il PA 2200 sotto stress costante. I meccanismi cedevoli che si muovono e tornano a riposo funzionano meglio delle molle che rimangono precaricate.
• Fatica. Il numero di cicli a cui sopravvive un elemento flessibile dipende dalla sua deformazione, dalla sua superficie e dalla sua direzione. Per i meccanismi che si muovono molte volte, mantenga bassa la deformazione ed esegua dei test.
• Precisione della forza. Una molla stampata non è una molla calibrata. Dove una forza deve essere esatta o costante per anni, utilizzi una molla in metallo e progetti la parte stampata per contenerla.
• Cerniere attive. Una cerniera sottile che si piega con un angolo ampio è un caso speciale con le sue regole; veda cerniere attive in nylon SLS.

Testi prima di fare il commit

La rigidità e la durata sono più facili da testare che da calcolare esattamente. Stampi un provino con tre o cinque elementi flessibili di spessori o lunghezze diverse, misuri la forza a una flessione nota e li pieghi tante volte quanto si piegherà la parte reale. I piccoli provini costano poco e il calcolatore mostra il prezzo non appena carica il file. Per le regole generali di progettazione, consulti le linee guida per la progettazione SLS.

Finitura e colore

Ogni parte viene perlata con microsfere di vetro e lucidata in una DyeMansion Powershot DUAL. Secondo DyeMansion, il processo compatta la superficie senza rimuovere materiale, quindi lo spessore progettato rimane invariato. La tintura in uno dei 61 colori è opzionale; il nero e l'arancione sono disponibili a magazzino, gli altri 59 colori aggiungono circa un mese (20 giorni lavorativi) ai tempi di consegna.

Ha bisogno di aiuto per progettare un meccanismo cedevole per un prodotto? Gli ingegneri di prototype.builders possono occuparsi della progettazione e dei test.

Domande frequenti

È possibile stampare in 3D una molla funzionante?

Sì. Molle piatte, molle a serpentina, molle a sbalzo e giunti flessibili funzionano bene in SLS PA 12 quando la deformazione nella zona di piegatura rimane ben al di sotto dell'allungamento a rottura. Sono adatti per forze leggere e conteggi di cicli moderati; per forze elevate o costanti elastiche precise e durature, è preferibile una molla in metallo.

Cos'è un meccanismo cedevole?

Un meccanismo che ottiene il suo movimento dalla flessione elastica di sezioni flessibili invece che da giunti, perni o cuscinetti. È realizzato in un unico pezzo, non ha gioco o attrito nei giunti e non richiede assemblaggio.

Qual è la migliore direzione dei layer per i giunti flessibili?

La sezione di piegatura dovrebbe flettersi all'interno del piano dei layer. Per il PA 2200, EOS indica un allungamento a rottura del 18 % nel piano dei layer e del 4 % attraverso i layer. Nel calcolatore può scegliere il piano dei layer per ogni parte.

Le molle in plastica stampate in 3D perdono forza nel tempo?

Sotto un carico o una flessione permanente, le plastiche subiscono scorrimento viscoso e rilassamento, ancor di più se calde. Una molla in PA 12 mantenuta compressa per lungo tempo può perdere parte della sua forza. Progetti per carichi intermittenti, oppure utilizzi una molla in metallo dove la forza deve rimanere costante.

Quanto può essere sottile un giunto flessibile in SLS?

Il calcolatore avvisa in caso di pareti più sottili di 0.8 mm, e i dettagli molto sottili sono fragili durante la depolverizzazione e la perlatura. Renda i giunti flessibili più lunghi anziché più sottili, e stampi un provino di test con diversi spessori se la rigidità è importante.