Гнучкі шарніри з нейлону SLS: що працює, а що ні

Коротка відповідь

Живі шарніри можна друкувати з SLS PA 12, але ставтеся до них як до шарнірів з обмеженим ресурсом: кришки, які відкриваються час від часу, язички, які згинаються один раз під час збирання, гнучкі затискачі та тримачі кабелів. Якщо шарнір має відкриватися та закриватися цілий день роками, кращим рішенням буде деталь із литого поліпропілену або механічний штифтовий шарнір.

Чому PA 12 — це не поліпропілен

Поліпропілен відомий своїм використанням для гнучких шарнірів, оскільки формування орієнтує його полімерні ланцюги впоперек шарніра, що робить тонку смужку надзвичайно стійкою до багаторазового згинання. Лазерне спікання не орієнтує матеріал таким чином. Спечена деталь створюється зі сплавлених зерен порошку, шар за шаром, і має злегка порувату поверхню. Це надає нейлону SLS міцності та жорсткості для кронштейнів і корпусів, але меншої втомної довговічності в тонкій, сильно зігнутій смужці.

Ключовим показником є відносне видовження при розриві. Для PA 2200, порошку PA 12, яким ми друкуємо, EOS вказує 18 % у площині шару та 4 % впоперек шарів. Гнучкий шарнір працює за рахунок розтягування зовнішньої поверхні смужки під час її згинання. Чим тонша смужка і чим більший радіус її вигину, тим менша ця деформація. Мета проєктування проста: підтримувати деформацію значно нижче тієї, яку може витримати матеріал, і спрямовувати її в тому напрямку, де матеріал найміцніший.

Правила проєктування гнучких шарнірів для SLS

Орієнтуйте шарнір у межах шарів

Смужка, що згинається, повинна лежати рівно в площині шару, при цьому вісь шарніра також має бути в цій площині. Шарнір, який повинен згинатися впоперек шарів, покладається на слабший зв'язок між шарами і руйнується набагато раніше. Якщо для шарніра важлива певна орієнтація деталі, вкажіть це під час замовлення; підготовка до друку вибирає орієнтацію для всього завдання на друк.

Розподіліть вигин по довжині

Занадто короткий шарнір концентрує весь вигин у вузькій зоні. Довша гнучка зона розподіляє деформацію і дозволяє шарніру відкриватися далі, перш ніж поверхня перерозтягнеться. На практиці надавайте шарніру чітко визначену гнучку довжину, а не гострий надріз.

Заокруглюйте кожен перехід

Шарнір майже ніколи не ламається посередині. Він ламається там, де тонка смужка з'єднується з товстим корпусом, оскільки цей кут концентрує напруження. Великі галтелі з обох боків шарніра, зверху і знизу, є найефективнішим покращенням.

Тонкий, але придатний для друку

Тонша смужка згинається з меншою деформацією, але SLS має мінімальну товщину стінки, придатну для друку, а дуже тонкі елементи є крихкими під час очищення деталей від порошку та дробоструминної обробки. Правильна товщина залежить від довжини шарніра, кута відкриття, частоти згинання та навантаження, яке він несе, тому універсального числа не існує. Надійний метод — це тестовий зразок: смужка шарнірів із кількома товщинами та довжинами поруч. Це невелика деталь, тому вона коштує недорого, а калькулятор миттєво розраховує її ціну.

Обмежте кут відкриття

Шарнір, який має відкриватися лише на 90°, служить набагато довше, ніж той, що складається рівно на 180°. Якщо кришка потрібна лише для забезпечення доступу, додайте обмежувач, який обмежує кут.

Розробіть його перед використанням

Обережне згинання нового шарніра SLS кілька разів у всьому його робочому діапазоні допомагає йому припрацюватися. Не згинайте його за межі розрахункового кута.

Контрольний список перед замовленням

• Смуга шарніра лежить у площині шару, і ви вказали це, якщо це має значення.
• Скруглення на обох кінцях смуги, на обох поверхнях.
• Визначена гнучка довжина, а не надріз.
• Обмежувач кута, якщо кришка не повинна складатися повністю.
• Відсутність постійного навантаження на шарнір (пружини, важкі кришки).
• Тестовий зразок із кількома варіантами товщини, надрукований першим, якщо шарнір є критично важливим.
• Достатній зазор навколо шарніра, щоб кришка закривалася без тертя: див. допуски та зазори SLS.

Коли штифтовий шарнір є кращим вибором

SLS має перевагу, якої не має лиття: він друкує рухомі деталі вже зібраними. Замість смуги, що згинається, ви можете надрукувати дві петлі та штифт із зазором між ними. Матеріалу взагалі не потрібно згинатися, тому шарнір може обертатися набагато більше разів і витримувати більше навантаження. Правила полягають у наявності зазору щонайменше 0,5 mm між рухомими поверхнями та шляху для виходу вільного порошку. Посібник із шарнірів та рухомих вузлів, що друкуються в зборі, охоплює всі деталі.

Третій варіант — це петля з металевим штифтом, просунутим через два надруковані вушка. Вона є найбільш надійною та простою в обслуговуванні. Кришки на засувках — ще один спосіб взагалі уникнути петель.

Обробка та колір

Наші деталі проходять обробку скляними кульками та поліруються в DyeMansion Powershot DUAL, що включено у вартість. За даними DyeMansion, цей процес ущільнює поверхню без видалення матеріалу, тому петля зберігає свою розрахункову товщину; краї злегка заокруглюються, що скоріше допомагає, ніж шкодить. Фарбування рідкими барвниками TCN забарвлює поверхневий шар без додавання покриття, тому воно не робить петлю жорсткішою. За даними DyeMansion, барвник проникає приблизно на 0,2 mm у PA 2200. Усі 61 відтінок з каталогу кольорів миттєво оцінюються в калькуляторі.

Коли варто звернутися за допомогою в проєктуванні

Якщо шарнір несе навантаження, має витримати певну кількість циклів або є частиною виробу, рішення між гнучким шарніром, штифтовим шарніром та литою деталлю залежить від загального задуму конструкції. Спеціалісти prototype.builders можуть розглянути його разом з вами та протестувати варіанти. Інформацію про сам матеріал дивіться у посібнику з нейлону PA12, а про товщину стінок і мінімальні розміри елементів — у рекомендаціях з проєктування для SLS.

Поширені запитання

Чи можна надрукувати гнучкий шарнір на 3D-принтері за допомогою SLS?

Так, для шарнірів, які згинаються обмежену кількість разів, наприклад, кришка коробки, що відкривається час від часу, або затискач, який згинається під час збирання. Спечений лазером PA 12 набагато менш пластичний, ніж литий поліпропілен, тому надрукований гнучкий шарнір не досягне терміну служби литого.

Якої товщини має бути гнучкий шарнір із SLS PA 12?

Єдиного значення не існує. Шарнір має бути достатньо тонким, щоб згинатися без надмірного розтягування матеріалу, і достатньо товстим, щоб надійно друкуватися та витримувати навантаження. Надрукуйте тестовий зразок із кількома варіантами товщини та довжини і згинайте його так, як буде використовуватися реальна деталь.

Як має бути орієнтований гнучкий шарнір у принтері?

Смуга згину повинна лежати в площині шару. EOS вказує подовження при розриві 18 % у межах шарів для PA 2200, але лише 4 % поперек них, тому шарнір, який згинається поперек шарів, ламається набагато швидше.

Чи краще підходить поліпропілен для гнучких шарнірів?

Для великої кількості циклів — так. Литий поліпропілен є класичним матеріалом для гнучких шарнірів. SLS PA 12 — це правильний вибір, коли шарнір є частиною складної нейлонової деталі, яка потрібна вам швидко або в невеликих кількостях.

Яка альтернатива гнучкому шарніру в SLS?

Штифтовий шарнір, що друкується в зборі (print-in-place): дві петлі та штифт друкуються вже зібраними, із зазором щонайменше 0,5 mm та шляхом для виходу порошку. Він не залежить від згинання матеріалу, тому служить набагато довше.

Чи впливає фарбування на гнучкий шарнір?

Фарбування забарвлює поверхневий шар без додавання покриття, тому воно не змінює те, як згинається шарнір. Дуже тонкі шарніри все одно слід тестувати в остаточному кольорі та обробці.