Stel je voor dat complexe mechanische apparaten volledig functioneel uit een 3D-printer komen, zonder montage. Dit is geen verre droom meer, maar een realiteit die mogelijk wordt gemaakt door de vooruitgang in 3D-printtechnologie. Om dit te bereiken, is het echter noodzakelijk om precieze ontwerptechnieken te beheersen. Dit artikel onderzoekt essentiële overwegingen voor het ontwerpen van 3D-geprinte bewegende onderdelen, met de nadruk op tolerantiecontrole, ondersteuningsstrategieën en nabewerkingstechnieken om het volledige potentieel van additieve fabricage te ontsluiten.
Voordat 3D-printen werd gebruikt, omvatte het maken van prototypes of eindproducten met bewegende componenten doorgaans subtractieve fabricageprocessen, waarbij afzonderlijke onderdelen afzonderlijk werden vervaardigd en vervolgens werden geassembleerd. 3D-printen heeft deze aanpak gerevolutioneerd door de creatie van mechanismen met ingebouwde openingen tussen componenten mogelijk te maken, waardoor onmiddellijke beweging mogelijk is. Hieronder schetsen we cruciale technieken voor het ontwerpen en printen van modellen met functionele bewegende onderdelen.
Omdat 3D-printen objecten laag voor laag opbouwt, kunnen bewegende onderdelen die zijn ontworpen om elkaar aan te raken tijdens het printen versmelten, waardoor beweging wordt voorkomen. Om dit te voorkomen, moet er voldoende ruimte tussen de componenten worden ingebouwd. De aanbevolen speling is minstens twee keer de laagdikte van de print. Deze afstand is klein genoeg om de visuele integriteit te behouden en tegelijkertijd rekening te houden met potentiële materiaaluitzetting of kleine onvolkomenheden.
Als onderdelen afzonderlijk worden geprint voor latere montage, moeten de printtoleranties zorgvuldig worden overwogen. Doorgaans zorgt een opening van 0,1 mm tot 0,3 mm tussen de onderdelen voor voldoende speling voor een soepele montage en vrije beweging.
Openingen tussen bewegende componenten vereisen soms ondersteuningsstructuren tijdens het printen. Voor optimale resultaten zijn in water oplosbare ondersteuningsmaterialen ideaal voor dergelijke toepassingen vanwege twee belangrijke voordelen:
- Gemakkelijk te verwijderen: Oplosbare ondersteuningen lossen volledig op in water, waardoor handmatige verwijdering overbodig is en het risico op beschadiging van delicate bewegende onderdelen wordt verminderd.
- Geen residu: Het opgeloste materiaal laat geen sporen achter, waardoor ongehinderde beweging tussen componenten wordt gegarandeerd.
Om een goede oplossing te vergemakkelijken, moeten ontwerpen voldoende openingen en afvoergaten voor de waterstroom bevatten. Bij het afzonderlijk printen van bewegende onderdelen kan het gebruik van hetzelfde materiaal voor zowel het onderdeel als de ondersteuningen acceptabel zijn, aangezien eventueel restmateriaal tijdens de nabewerking kan worden gereinigd.
De soepelheid van mechanische beweging hangt grotendeels af van de oppervlakteafwerking. Nabewerkingstechnieken zoals schuren kunnen de functionaliteit aanzienlijk verbeteren door de wrijving tussen componenten te verminderen. Complexe assemblages kunnen echter uitdagingen opleveren vanwege de beperkte ruimte voor toegang tot gereedschap.
Als het ontwerp demontage toelaat of voldoende werkruimte biedt, kan het schuren van de contactoppervlakken de gewenste gladheid en mobiliteit bereiken. Dit is met name effectief voor prints met grotere laagdikte, waarbij de opgebouwde wrijving tussen lagen de beweging kan belemmeren.