Markforged Mechanical Features #1: Dominando Dobradiças Vivas Impressas em 3D

Atualização: Aprofunde-se no design flexural assistindo nosso webinar sobre design de elementos flexurais e dobradiças vivas.

Post Original: Markforged Mechanical Features (MMF) é uma série de posts aprofundados que compartilham melhores práticas para projetar peças de engenharia comuns e características mecânicas para impressão 3D reforçada com compósitos nas impressoras Markforged.

Bem-vindo à edição inaugural do Markforged Mechanical Features! Clientes rotineiramente perguntam como traduzir características mecânicas familiares em peças impressas em 3D que aproveitem totalmente a força funcional dos materiais Markforged. Para ajudar a compartilhar esse conhecimento, publicaremos artigos regulares sobre uma única característica de engenharia, oferecendo dicas e truques práticos para maximizar o potencial da sua impressora Markforged.

Hoje exploramos dobradiças vivas. Em essência, uma dobradiça viva é uma parte fina e integral que dobra para fornecer rotação em torno de um único eixo. Você provavelmente já as viu em itens do dia a dia — de tampas de fio dental a tampas de frasco de shampoo. Sua durabilidade e facilidade de manufatura as tornam um item básico em embalagens injetadas, e com a Markforged você pode embuti-las em seus designs com força de nível industrial.

Termos Técnicos — se você já está confortável com dobradiças vivas, sinta-se à vontade para pular esta seção

Vamos começar com alguns fundamentos. Abaixo está um diagrama rotulado de uma peça de dobradiça viva de exemplo que discutiremos.

A imagem destaca duas características flexíveis: a dobradiça viva e a flexura de trava. Embora ambas permitam rotação de eixo único, servem funções distintas, refletidas em sua geometria.

Para ilustrar dobradiças vivas impressas em 3D, fiz parceria com Bennett, Engenheiro Mecânico Sênior na Markforged. Bennett passou três anos projetando sistemas eletromecânicos e carcaças injetadas em uma grande empresa de robótica médica, e é um virtuoso do SolidWorks com paixão por trazer design mecânico rigoroso para impressão 3D. Ele recentemente tem criado dobradiças vivas no escritório.

Bennett: Comecei a imprimir dobradiças vivas após meu irmão — engenheiro na Bay Area — me pedir para prototipar seus designs na Mark Two. Seu trabalho em eletrônicos de consumo depende muito de travas e dobradiças. Protótipos SLA são ótimos para visualizar forma e ajuste, mas são frágeis e falham após um único uso, tornando-os inadequados para testes funcionais. Protótipos injetados tradicionais são caros e lentos, dificultando iteração rápida. Meu irmão me enviou os arquivos STL, e eu os configurei no Eiger para imprimir em uma Mark Two naquele mesmo dia.

Trabalhar nas peças dele despertou meu interesse em experimentar parâmetros de design para dobradiças vivas da Mark Two. A caixa abaixo mostra um modelo simplificado que incorpora as diretrizes que desenvolvi durante essa colaboração.

Nick: Uma das chaves para impressões bem-sucedidas de dobradiça viva é a orientação adequada da peça no Eiger. Seja usando náilon simples (para flexibilidade) ou náilon reforçado com kevlar (para maior rigidez de carga), o perfil lateral da dobradiça deve alinhar-se com o eixo Z. Em outras palavras, o perfil lateral completo deve ficar plano no plano XY.

A orientação adequada importa porque 1) fibras só podem ser depositadas no plano XY, então alinhar a dobradiça permite que o kevlar corra ao longo de seu comprimento, e 2) a resistência à tração do náilon impresso em uma camada excede em muito a adesão intercamada. Esses fatores exigem a orientação mostrada na captura de tela do Eiger abaixo.

Um desafio frequente para novos usuários é compreender a anisotropia de peças impressas em 3D.

Termos Técnicos

Anisotropia de material refere-se a propriedades mecânicas dependentes de direção. Por exemplo, a madeira racha facilmente ao longo do veio, mas resiste ao corte transversal. Materiais isotrópicos, como muitos metais, exibem propriedades uniformes independentemente da orientação.

/Termos Técnicos

Bennett: Como Nick observou, FFF dá pico de resistência no plano XY. A resistência à fadiga do náilon aumenta ainda mais a durabilidade da dobradiça. Portanto, a seção transversal ideal da dobradiça está no plano horizontal XY. Dobradiças mais grossas aumentam a rigidez. Neste exemplo, uma dobradiça de tampa requer movimento total de 180°, enquanto uma dobradiça de trava precisa de menos rotação, mas deve segurar a tampa fechada de forma confiável. Projetei a dobradiça da tampa o mais fino possível e a de trava mais grossa para rigidez, modelando a tampa em estado neutro aberto a 90° e a trava ligeiramente fechada para auxiliar o encaixe. Lembre-se de que peças flexíveis impressas em 3D tendem a retornar ao estado impresso a menos que sofram deformação plástica significativa.

Em seguida, importei a peça para o Eiger, rotacionei para orientação correta e ativei fibra. Usei um preenchimento concêntrico para embutir totalmente a fibra e apliquei as configurações à peça inteira. O Eiger sinalizou espaço insuficiente para fibra devido às minhas dimensões de dobradiça, mas o bico maior da Mark Two acomodou fibra tanto na base quanto na tampa — algo que a Mark One não conseguia alcançar com este tamanho. Também ativei a configuração de brim para suportar seções altas e finas durante as camadas iniciais.

Detalhes Técnicos

• Espessura da dobradiça da tampa: 0,7 mm para máxima flexibilidade
• Espessura da dobradiça da trava: 1,2 mm para maior rigidez e travamento seguro
• Peças modeladas em posições aberta e fechada para validar raio de dobra antes da impressão final

Pronto para testar você mesmo? Baixe os arquivos SolidWorks de Bennett: Arquivo CAD Living_Hinges SW e o STL pronto para Eiger: Living_Hinges STL.