Wyobraź sobie złożone urządzenia mechaniczne wyłaniające się w pełni funkcjonalne z drukarki 3D, niewymagające montażu. To już nie odległe marzenie, ale rzeczywistość możliwa dzięki postępom w technologii druku 3D. Osiągnięcie tego wymaga jednak opanowania precyzyjnych technik projektowania. Ten artykuł omawia istotne kwestie przy projektowaniu ruchomych części drukowanych w 3D, koncentrując się na kontroli tolerancji, strategiach wsparcia i metodach obróbki końcowej, aby uwolnić pełny potencjał produkcji addytywnej.
Przed drukiem 3D, tworzenie prototypów lub produktów końcowych z ruchomymi elementami zazwyczaj obejmowało procesy produkcji subtraktywnej, w których poszczególne części były wytwarzane oddzielnie, a następnie montowane. Druk 3D zrewolucjonizował to podejście, umożliwiając tworzenie mechanizmów z wbudowanymi szczelinami między elementami, co pozwala na natychmiastowy ruch. Poniżej przedstawiamy kluczowe techniki projektowania i drukowania modeli z funkcjonalnymi ruchomymi częściami.
Ponieważ druk 3D buduje obiekty warstwa po warstwie, ruchome części zaprojektowane tak, aby się stykały, mogą się stopić podczas drukowania, uniemożliwiając ruch. Aby tego uniknąć, należy uwzględnić odpowiednie odstępy między elementami. Zalecany luz wynosi co najmniej dwukrotność wysokości warstwy wydruku. Ten odstęp jest na tyle mały, aby zachować integralność wizualną, jednocześnie uwzględniając potencjalne rozszerzanie się materiału lub drobne niedoskonałości.
Jeśli części są drukowane oddzielnie do późniejszego montażu, należy starannie rozważyć tolerancje druku. Zazwyczaj szczelina od 0,1 mm do 0,3 mm między częściami zapewnia wystarczającą swobodę dla płynnego montażu i swobodnego ruchu.
Szczeliny między ruchomymi elementami czasami wymagają struktur podporowych podczas drukowania. Aby uzyskać optymalne wyniki, materiały podporowe rozpuszczalne w wodzie są idealne do takich zastosowań ze względu na dwie kluczowe zalety:
- Łatwe usuwanie: Rozpuszczalne podpory rozpuszczają się całkowicie w wodzie, eliminując potrzebę ręcznego usuwania i zmniejszając ryzyko uszkodzenia delikatnych ruchomych części.
- Brak pozostałości: Rozpuszczony materiał nie pozostawia śladów, zapewniając niezakłócony ruch między elementami.
Aby ułatwić prawidłowe rozpuszczanie, projekty muszą zawierać odpowiednie szczeliny i otwory drenażowe dla przepływu wody. Podczas drukowania ruchomych części oddzielnie, użycie tego samego materiału zarówno dla części, jak i jej podpór może być dopuszczalne, ponieważ wszelkie pozostałości materiału można wyczyścić podczas obróbki końcowej.
Gładkość ruchu mechanicznego w dużej mierze zależy od wykończenia powierzchni. Techniki obróbki końcowej, takie jak szlifowanie, mogą znacznie poprawić funkcjonalność poprzez zmniejszenie tarcia między elementami. Jednak złożone zespoły mogą stanowić wyzwania ze względu na ograniczoną przestrzeń dostępu do narzędzi.
Jeśli konstrukcja pozwala na demontaż lub zapewnia wystarczającą przestrzeń roboczą, szlifowanie powierzchni styku może zapewnić pożądaną gładkość i mobilność. Jest to szczególnie skuteczne w przypadku wydruków z większą wysokością warstw, gdzie nagromadzone tarcie między warstwami może utrudniać ruch.