Marcenaria impressa em 3D:Simplificando a Montagem

Com o lançamento do Onyx, nosso novo filamento de náilon com infusão de fibra de micro-carbono, temos testado com entusiasmo o que ele pode alcançar. Uma de nossas descobertas foi que o acabamento superficial superior e a estabilidade dimensional do Onyx o tornam especialmente adequado para a criação de marcenaria precisa. Isso nos inspirou a fazer um blog cobrindo algumas diretrizes para fazer marcenaria robusta com uma impressora 3D de mesa.

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Marcenaria é um termo normalmente encontrado na marcenaria, referindo-se à prática de unir duas peças de madeira por meio de constrangimento geométrico. Uma boa marcenaria fornece conexões fortes com pouca ou nenhuma ajuda de fixadores como pregos ou parafusos. A marcenaria é útil porque garante uma forte conexão com um processo de montagem menos complicado. No entanto, geralmente envolve formas complicadas que levam tempo para serem projetadas e criadas, enquanto os parafusos e parafusos requerem apenas um orifício e um fixador fabricado em massa.

A impressão 3D está em uma posição interessante como método de fabricação porque imprimir geometrias complicadas geralmente não é mais caro do que imprimir um bloco. Em vez disso, a impressão FDM é limitada pelas propriedades do material e pelo processo de construção em camadas. Portanto, projetar para impressão 3D requer uma nova mentalidade, e parte dessa mentalidade é aproveitar a liberdade geométrica de uma impressora 3D para reduzir a complexidade e o custo da montagem final. Uma maneira de fazer isso é examinar a marcenaria inventada para trabalhar madeira e moldagem por injeção e aplicá-la às restrições da impressão 3D. Neste blog, discuto o uso de juntas simples, como encaixes de andorinha e encaixes de pressão, para melhorar seus designs impressos, complementadas por alguns exemplos.

Dovetails

Quando se trata de restringir duas partes, muitas pessoas pensam em ângulos retos. E isso é eficiente, principalmente quando se pensa em usinagem; ângulos retos são geralmente muito mais fáceis e rápidos de fazer do que ângulos ímpares, exigindo menos configurações e sem bits especiais ou tabelas de indexação. Para uma impressora 3D, entretanto, encaixes e paredes retas são todos iguais. Sem nenhum esforço extra, você pode restringir outro grau de liberdade. Isso é útil em qualquer lugar, se você deseja um conjunto deslizante ou uma junta em T sem fixadores.

Ao pensar em ângulos, tenha em mente que a forma de cauda de andorinha estabelecida não é a única aplicação. A caixa deslizante de duas partes mostrada acima possui a mesma restrição que uma cauda de andorinha, mas se parece mais com uma placa com lados angulares. Isso permite que ela deslize junto com a outra metade da caixa facilmente e até inclui um pequeno retentor na extremidade para fechá-la. Essa forma seria muito difícil de fabricar pela maioria dos outros meios, mas imprimiu na Mark Two sem materiais de suporte e obteve um ótimo ajuste e acabamento de superfície na primeira tentativa.

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Explorando ainda mais, a geometria angular em geral pode ajudar na impressão 3D. Por exemplo, imprimir um perfil V lateral, mostrado abaixo à esquerda, pode criar uma restrição que seria difícil de usinar, mas é trivial de imprimir. Enquanto isso, uma junta macho e fêmea clássica, conforme mostrado à direita, é difícil para a maioria das impressoras por causa da saliência que cria. Essa saliência resulta em uma face inferior mal suportada com baixa precisão dimensional e deve ser evitada, se possível.

Ajustes de pressão

Um método comumente usado para unir peças moldadas por injeção de maneira econômica é o encaixe instantâneo. Estas são boas formas para plásticos porque permanecem dentro das restrições geométricas da fabricação de moldes e usam a capacidade do plástico de se deformar elasticamente e, em seguida, voltar à forma. Como os ajustes de pressão são projetados para plástico, eles são facilmente adotados para impressão 3D ... no plano XY. A maioria dos usuários de impressoras 3D sabe que os objetos impressos em impressoras FDM de mesa são significativamente mais suscetíveis a falhas de tensão ao longo do eixo Z (apontando para fora da placa de impressão) do que em X e Y, devido aos limites entre camadas. Como os ajustes de pressão geralmente têm seções transversais finas (para reduzir o momento de flexão do clipe), os ajustes de pressão impressos em 3D devem ser impressos “deitados” na placa de impressão, para não correr o risco de cisalhamento após o uso repetido.

Este diagrama mostra uma visualização exagerada das camadas de um ajuste de pressão impresso. Quando impresso na vertical (foto à esquerda), as forças que desviam o encaixe por pressão também colocam tensão entre as camadas, tornando-o significativamente mais provável de quebrar. Impresso na parte de trás (foto ao centro), um encaixe instantâneo com certeza será mais forte, mas ainda tem um plano de cisalhamento entre o dente e o braço. Impresso deitado de lado (foto à direita), no entanto, o ajuste de pressão não tem limites de camada dentro de sua seção transversal, dando-lhe uma resistência mais previsível. E, se o encaixe rápido for grande o suficiente, imprimi-lo na lateral permitiria que a fibra fosse direcionada para o dente, utilizando assim a força total de uma peça Markforged. Esta mesma regra se aplica aos dentes da engrenagem, dentes da catraca e qualquer outra saliência que precise conter uma carga significativa.

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Lembre-se também de que os ajustes de pressão podem assumir muitas formas com base na aplicação e que o design e a orientação do ajuste de pressão podem mudar com base no seu projeto. Em particular, os ajustes de pressão que saem da impressora 3D não são limitados por espessuras ou formatos de molde, então você pode ser criativo com onde colocá-los (veja abaixo). As impressoras tornam o protótipo rápido e fácil, então experimente algumas geometrias antes de definir a forma final.

Juntando tudo:suporte do telefone

Para exibir encaixes deslizantes e mecanismos de encaixe, projetei este suporte para telefone celular que se engancha sobre o capô do Mark Two e segura qualquer telefone celular entre 2,5 e 4 polegadas de largura, de modo que um operador pudesse fazer um vídeo de lapso de tempo ou monitorar uma impressão sensível .

Este suporte para telefone tem apenas três partes, duas interfaces. Uma dessas interfaces é uma junta de torção que atua como uma dobradiça. Embora não se pareça muito com uma cauda de andorinha, tem o mesmo propósito:permite um ajuste deslizante facilmente imprimível, graças aos ângulos complementares.

A outra interface funciona como uma catraca linear com paredes angulares (para evitar que se separem) e dentes para definir a largura do suporte. Seria uma interface muito difícil de fabricar pela maioria dos outros meios, mas era muito fácil e rápido de imprimir!

Uma nota sobre tolerâncias

Como qualquer coisa, a marcenaria exige um projeto de acordo com suas tolerâncias. Na impressora 3D composta Mark Two, para fins mais gerais, uma lacuna de 0,08 mm entre cada parede (0,16 mm diametralmente) é suficiente para permitir que duas peças obtenham um ajuste deslizante de forma consistente. Se uma de suas superfícies for sustentada por um material de suporte, tente aumentar a lacuna para 0,15 mm ou mais. Obviamente, as peças impressas em 3D tendem a variar amplamente, então certifique-se de fazer o teste de unidade e o protótipo para obter o ajuste que deseja.

Este é apenas um pequeno exemplo de como projetar com marcenaria em mente pode levar a projetos que são mais simples e mais adequados para sua impressora 3D. Quando você encontrar boas articulações para impressão, envie um tweet para nós no @MarkForged para compartilhar seus designs!

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