Spiel ist ein Konstruktionsmerkmal
Jede bewegliche Verbindung braucht ein Spiel, das Ihr Drucker zuverlässig auflösen kann. Ist es zu klein, verschmelzen die Teile; ist es zu groß, klappert und verschleißt das Gelenk. Verwenden Sie den Toleranz-Coupon aus dem CAD-Leitfaden, gedruckt im gleichen Material und in der gleichen Ausrichtung wie der Mechanismus. Spiele, die an senkrechten Wänden sauber drucken, können an horizontalen Flächen verschmelzen, weil die Schichten dort leicht absacken. Testen Sie daher beide Varianten, wenn Ihr Gelenk beide Flächentypen hat.
Im Druck montierte Scharniere
Im Druck montierte Scharniere werden vom Drucker selbst zusammengesetzt: Die Knöchel greifen mit allseitigem Spiel um einen Stift ineinander. Drucken Sie sie so, dass die Stiftachse parallel zum Druckbett liegt, damit sich die Schichten um den Stift legen und nicht entlang des Stifts übereinanderstapeln. Dies würde sonst dazu führen, dass der Stift bei der ersten Drehung bricht. Geben Sie dem Spalt an der Unterseite ein angeschrägtes oder kegelförmiges Profil, damit sich der Überhang selbst trägt. Bewegen Sie das Scharnier nach dem Druck vorsichtig durch seinen gesamten Bewegungsbereich, um eventuelle leichte Verklebungen zu lösen.
Auslegende Schnappverbindungen
Eine Schnappverbindung ist ein Balken, der sich bei der Montage biegt und hinter einer Hinterschneidung zurückfedert. Maßgeblich ist die Dehnung an der Balkenwurzel: Biegt die Montage den Balken über die Materialgrenze hinaus, wird er weiß, reißt oder bleibt dauerhaft verformt. Als klassische Konstruktionsreferenz gelten die Hinweise zu Schnappverbindungen, die Bayer MaterialScience für Spritzgusskunststoffe veröffentlicht hat. Die Grundsätze lassen sich übertragen, gedruckte Teile benötigen jedoch zusätzliche Sicherheitsreserven, da die Schichthaftung schwächer ist als bei Spritzgussmaterial.
- Drucken Sie den Balken flach, damit die Biegespannung entlang der extrudierten Linien verläuft.
- Verjüngen Sie den Balken zur Spitze hin, um die Dehnung gleichmäßiger zu verteilen.
- Setzen Sie an der Wurzel großzügige Radien, denn scharfe Innenecken konzentrieren die Spannung.
- Verlängern Sie den Balken, bevor Sie ihn verdicken, denn mit wachsender Länge sinkt die Dehnung.
Filmscharniere
Polypropylen ist das klassische Material für Filmscharniere, und einige gedruckte PP- und TPU-Materialien vertragen wiederholtes Biegen gut. Bei PLA oder PETG ermüdet ein dünner biegsamer Steg in der Regel schon nach relativ wenigen Zyklen und reißt. Wenn Sie ein Klappmerkmal in einem steifen Material benötigen, sollten Sie stattdessen ein Stiftscharnier oder eine nachgiebige Biegefeder mit längerer, dickerer aktiver Länge in Betracht ziehen.
Zahnräder und Kraftübertragung
Gedruckte Zahnräder eignen sich gut für geringe Lasten und Drehzahlen. Verwenden Sie ein Standard-Evolventenprofil mit 20° Eingriffswinkel, das über ein Plugin oder eine Bibliothek erzeugt wird und nicht von Hand gezeichnet werden sollte. Wählen Sie ein Modul, das die Düse noch sauber auflösen kann: Bei einer 0.4-mm-Düse ist Modul 1 und größer ein sinnvoller Anfang. Pfeilverzahnte Räder zentrieren sich selbst und lassen sich ohne Stützen drucken. Nylon und PETG widerstehen Verschleiß besser als PLA, und ein leichtes Trockenschmiermittel hilft zusätzlich.
Befestigungen, Einsätze und Lager
Maschinenschrauben sollten sich nicht direkt in wiederholt geöffneten Kunststoff schneiden. Messing-Schmelzeinsätze, die mit einem Lötkolben eingepresst werden, ergeben haltbare Gewinde. Bohren Sie das Loch in der empfohlenen Größe des Einsatzherstellers. Sechskantmuttern in einer modellierten Tasche sind eine einfache Alternative. Für Presssitzlager wie das gängige 608er fügen Sie im Bohrungsinneren kleine Quetschrippen hinzu, sodass die Passung auf der Verformung der Rippen beruht und nicht auf einer exakten Bohrung.
Nachgiebige Mechanismen ersetzen Stifte und Federn durch biegsame Geometrie. Die Compliant Mechanisms Research Group an der Brigham-Young-Universität unter Leitung von Larry Howell hat zu diesem Thema umfassend publiziert. Sein Buch Compliant Mechanisms ist eine gründliche Einführung.
Iterationsprotokoll: Batteriefachklappe mit Schnappverbindung
- Rev A · PLA, 1.2 mm Balken
Bei der ersten Montage an der Wurzel weiß geworden; bei Zyklus 4 gerissen. - Rev B · Balken verlängert 8 → 14 mm
Keine Weißfärbung; 60 Zyklen bis zum Riss an einer scharfen Wurzelecke. - Rev C · 1 mm Wurzelradius, PETG
500 Zyklen, keine sichtbaren Schäden. Haltekraft weiterhin ausreichend.
„Ein Mechanismus ist ein Versprechen auf Wiederholung. Testen Sie ihn so oft, wie es der Nutzer tun wird.“Werkbank-Regel
Wenn ein Gelenk im Test versagt, erzählt der Bruch eine Geschichte. Lesen Sie sie, bevor Sie neu konstruieren.