3D-natisnjene vzmeti, upogibni elementi in poddajni mehanizmi iz SLS PA 12

Kaj so poddajni mehanizmi

Namesto dveh delov, ki se vrtita okoli zatiča, poddajni mehanizem uporablja tanek, prožen del, ki se upogiba. Tipični primeri:

• Ploščate in serpentinaste vzmeti, ki potisnejo del nazaj v položaj.
• Konzolne vzmeti, kot so zaskočišča, zapahi in vzmetni gumbi.
• Upogibni tečaji, ki omogočajo, da se en del zavrti za nekaj stopinj glede na drugega.
• Vzporedna upogibna vodila, ki premikajo del v ravni liniji brez drsenja.
• Enodelna prijemala in spone, ki se zaprejo ob pritisku.
• Bistabilni mehanizmi, ki preskakujejo med dvema stabilnima položajema.

Prednosti so v vsakem primeru enake: en del namesto sklopa, brez zračnosti, brez trenja ali obrabe v spojih, brez mazanja in ničesar ni mogoče izgubiti. Cena za to je omejen obseg gibanja in skrben pregled deformacije v območju upogibanja.

Zakaj je SLS PA 12 primeren za upogibne elemente

Za PA 2200, PA 12, ki ga tiskamo, EOS navaja natezni modul 1.650 MPa, natezno trdnost 48 MPa in raztezek ob prelomu 18 % znotraj ravnine sloja. Ta kombinacija zmerne togosti in dobrega raztezka je tisto, kar upogibni element potrebuje: opazno se upogne, ne da bi se zlomil. Ker SLS ne potrebuje podpornih struktur, se tanki upogibni elementi, ugnezdene vzmeti in zaprti okvirji natisnejo natanko tako, kot so bili zasnovani. Prečno na sloje EOS navaja le 4 % raztezek in 42 MPa, zato je smer upogibanja enako pomembna kot oblika. Oglejte si, kako močan je SLS najlon.

Ocenjevanje deformacije v upogibnem nosilcu

Večina upogibnih elementov in vzmeti se obnaša kot nosilec, ki se upogiba. Za raven konzolni nosilec s konstantnim pravokotnim prerezom je klasična ocena deformacije v korenu:

deformacija ε = 1.5 × t × y ÷ L²

• t = debelina nosilca v smeri upogibanja
• y = poves na konici
• L = prosta dolžina nosilca

Deformacija raste z debelino in povesom ter pada s kvadratom dolžine. Daljši nosilec je najučinkovitejši način za doseganje večjega hoda z manjšo deformacijo. Izračunano deformacijo ohranite precej pod 18 %, ki jih EOS navaja za ravnino sloja, in še nižje za dele, ki se večkrat upognejo; raztezek ob prelomu je točka, kjer se preizkušanec zlomi, ne pa konstrukcijska vrednost. Isto pravilo je pojasnjeno za sponke v zaskočnih spojih iz SLS PA 12.

Ocenjevanje togosti

Za isto konzolo je konstanta vzmeti na konici približno:

k = E × b × t³ ÷ (4 × L³)

kjer je b širina nosilca in E modul. Pri E = 1.650 MPa nosilec, širok 10 mm, debel 1,5 mm in dolg 30 mm, zagotavlja približno 0,5 N na milimeter povesa. Prevladuje kub debeline in dolžine: 10 % večja debelina naredi vzmet za približno tretjino bolj togo, 10 % večja dolžina pa jo naredi za približno četrtino mehkejšo. Rezultat obravnavajte kot izhodišče. Dejanska togost sintranega dela je odvisna od smeri sloja, površine stene in natančne debeline po končni obdelavi, zato izmerite prve dele in jih prilagodite.

Da bi bil upogibni element bolj tog brez večje deformacije, ga naredite širšega. Za večji hod ga naredite daljšega ali ga zložite v serpentino.

Pravila oblikovanja za SLS upogibne elemente in vzmeti

• Upogibajte znotraj ravnine sloja. Smer upogibanja in dolžina nosilca morata ležati v ravnini sloja. V kalkulatorju lahko izberete ravnino sloja za vsak del (XY, XZ ali YZ) ali pa odločitev prepustite nam.
• Zaokrožite konce. Zaokrožitve na mestu, kjer se upogibni element stika s togim telesom, porazdelijo napetost; oster vogal je mesto, kjer se začnejo razpoke.
• Raje uporabite listnate upogibne elemente kot zarezane tečaje. Kratka zareza koncentrira celotno upogibanje v majhnem območju. Daljši, enakomeren list ga porazdeli in zdrži dlje.
• Ne naredite pretanek. Kalkulator opozori pod 0,8 mm, tanki elementi pa se lahko zlomijo med odstranjevanjem prahu in obstreljevanjem. Pridobite prožnost z dolžino, ne s tankostjo.
• Dodajte omejevalnike. Rebro, ki omejuje hod, ščiti upogibni element pred prekomernim raztezanjem.
• Ohranite reže odprte. Med gibljivimi in fiksnimi deli pustite vsaj 0,5 mm, da se prah lahko odstrani in se nič ne spoji; glejte tečaje in sklope, natisnjene na mestu.
• Preverite toleranco. Debelina se spreminja znotraj naših smernic za oblikovanje ±0,3 % (vsaj ±0,3 mm), togost pa sledi kubu debeline, zato se tanek upogibni element bolj spreminja v togosti kot v velikosti.

Omejitve plastičnih vzmeti

• Lezenje in relaksacija. Pod trajno obremenitvijo ali povesom plastika počasi popušča, stisnjena vzmet pa sčasoma izgubi del svoje sile. To se hitreje zgodi v toplih pogojih; EOS navaja razpon od -40 do +80 °C za PA 2200 pod stalno napetostjo. Poddajni mehanizmi, ki se premikajo in vrnejo v mirovanje, delujejo bolje kot vzmeti, ki ostanejo prednapete.
• Utrujanje materiala. Število ciklov, ki jih upogibni element preživi, je odvisno od njegove deformacije, površine in smeri. Za mehanizme, ki se večkrat premaknejo, ohranite nizko deformacijo in jih preizkusite.
• Natančnost sile. Natisnjena vzmet ni umerjena vzmet. Kjer mora biti sila natančna ali konstantna več let, uporabite kovinsko vzmet in oblikujte natisnjeni del tako, da jo drži.
• Filmski tečaji. Tanek tečaj, ki se zloži pod velikim kotom, je poseben primer s svojimi pravili; glejte filmske tečaje iz SLS najlona.

Testirajte, preden naredite commit

Togost in življenjsko dobo je lažje testirati kot natančno izračunati. Natisnite vzorec s tremi do petimi upogibnimi elementi različnih debelin ali dolžin, izmerite silo pri znani deformaciji in jih upognite tolikokrat, kot se bo upogibal pravi del. Majhni vzorci stanejo malo, kalkulator pa prikaže ceno takoj, ko naložite datoteko. Za splošna pravila oblikovanja glejte smernice za oblikovanje SLS.

Končna obdelava in barva

Vsak del je obstreljevan s steklenimi kroglicami in poliran v DyeMansion Powershot DUAL. Po navedbah DyeMansion postopek stisne površino brez odstranjevanja materiala, zato načrtovana debelina ostane nespremenjena. Barvanje v eno od 61 barv je izbirno; črna in oranžna sta na zalogi, ostalih 59 barv pa podaljša čas dostave za približno en mesec (20 delovnih dni).

Potrebujete pomoč pri oblikovanju podajnega mehanizma za izdelek? Inženirji pri prototype.builders lahko prevzamejo načrtovanje in testiranje.

Pogosta vprašanja

Ali lahko 3D natisnete delujočo vzmet?

Da. Ploščate vzmeti, serpentinaste vzmeti, konzolne vzmeti in upogibni elementi dobro delujejo v SLS PA 12, če obremenitev v območju upogibanja ostane precej pod raztezkom ob pretrgu. Primerne so za majhne sile in zmerno število ciklov; za velike sile ali natančne, dolgotrajne konstante vzmeti je boljša kovinska vzmet.

Kaj je podajni mehanizem?

Mehanizem, ki svoje gibanje pridobi z elastičnim upogibanjem prožnih delov namesto s sklepi, zatiči ali ležaji. Izdelan je v enem kosu, nima zračnosti ali trenja v sklepih in ne potrebuje montaže.

Katera smer slojev je najboljša za upogibne elemente?

Upogibni del se mora upogibati znotraj ravnine sloja. Za PA 2200 EOS navaja raztezek ob pretrgu 18 % v ravnini sloja in 4 % prečno na sloje. V kalkulatorju lahko izberete ravnino sloja za vsak del.

Ali 3D natisnjene plastične vzmeti sčasoma izgubijo silo?

Pod trajno obremenitvijo ali deformacijo plastika leze in se sprošča, še posebej, ko je topla. Vzmet iz PA 12, ki je dolgo časa stisnjena, lahko izgubi del svoje sile. Načrtujte za občasne obremenitve ali uporabite kovinsko vzmet, kjer mora sila ostati konstantna.

Kako tanek je lahko upogibni element v SLS?

Kalkulator opozarja na stene, tanjše od 0.8 mm, zelo tanki elementi pa so krhki med odstranjevanjem prahu in obstreljevanjem. Upogibne elemente raje naredite daljše kot tanjše in natisnite testni vzorec z več debelinami, če je togost pomembna.