MMF # 1:Dobradiças vivas impressas em 3D com Bennett

Atualização: Se você quiser saber mais sobre como projetar elementos flexurais e dobradiças vivas, assista à gravação do webinar sobre como projetar elementos flexurais e dobradiças vivas!

Postagem original: MarkForged Mechanical Features [MMF] é uma série de postagens de blog que detalham as práticas recomendadas para projetar peças de engenharia tradicionais comuns e recursos mecânicos para impressão 3D reforçada composta com impressoras MarkForged

Bem-vindo à primeira edição do Markforged Mechanical Features! Recebemos perguntas de clientes regularmente pedindo ajuda para integrar os recursos mecânicos que eles estão acostumados a projetar em peças impressas em 3D, a fim de aproveitar a força funcional dos materiais Markforged. Para ajudar a espalhar esse conhecimento, publicaremos regularmente artigos sobre um recurso específico de engenharia e ofereceremos dicas e truques sobre como obter o máximo de sua impressora MarkForged.

Hoje, vamos falar sobre dobradiças vivas . No nível mais fundamental, uma dobradiça viva é uma característica mecânica fina e integral de uma peça, geralmente feita de plástico, que produz funcionalidade semelhante a uma dobradiça (rotação em torno de um único eixo) a partir da deformação flexural do plástico. Se isso for um pouco técnico, você provavelmente já viu dobradiças vivas em uma variedade de produtos de consumo comuns - do topo de recipientes de fio dental a frascos de xampu. Eles são onipresentes em embalagens moldadas por injeção para produtos de consumo, devido à sua excelente robustez e desempenho, com pós-processamento mínimo ou etapas de montagem - e com MarkForged, você pode integrá-los em seus projetos com impressão 3D de força industrial.

Termos técnicos - se você já é um profissional com dobradiças vivas, sinta-se à vontade para pular esta seção
Vamos começar com alguma terminologia básica. Abaixo está um diagrama rotulado de um exemplo de peça de dobradiça viva que discutiremos em um segundo.

Digno de nota são a dobradiça viva e a flexibilidade da trava. Ambos são recursos flexíveis que permitem a rotação restrita ao longo de um único eixo. Embora ambas sejam dobradiças tecnicamente vivas, elas têm duas funções diferentes e suas geometrias variadas refletem isso.

Para ajudar a demonstrar dobradiças vivas impressas em 3D, pedi a ajuda de um de meus colegas engenheiros mecânicos aqui na Markforged. Bennett é engenheiro mecânico sênior e já passou três anos projetando sistemas eletromecânicos e carcaças moldadas por injeção em uma grande empresa de robótica médica. Ele é um dos nossos gurus da modelagem 3D, um ninja regular da Solidworks, e tem um profundo interesse em trazer um design mecânico radical para o mundo da impressão 3D. Ele também tem desenhado um monte de dobradiças vivas no escritório recentemente.

Bennett: Comecei a imprimir dobradiças vivas porque meu irmão (que é engenheiro mecânico na área da baía) me pediu para imprimir algumas peças de amostra que ele havia desenhado no Mark Two. Ele trabalha com produtos eletrônicos de consumo, onde fechos e dobradiças são uma parte importante do design de hardware. Normalmente, esses tipos de peças são prototipados usando um processo de impressão 3D (SLA) baseado em estereolitografia, que funciona bem como um formulário inicial e verificação de ajuste. No entanto, devido à fragilidade dos materiais usados ​​na impressão SLA, você está efetivamente criando peças de uso único, já que a dobradiça geralmente quebra após um único ciclo. O SLA permite que você visualize a aparência de uma peça em várias configurações, mas não permite a simulação funcional da peça de uso final. A alternativa para um protótipo SLA é preparar e disparar um molde de injeção de teste. Este é um processo caro e, mais importante, de longo prazo, não adequado para iteração rápida de projeto. Meu irmão estava curioso para ver se uma impressora MarkForged seria a melhor opção e me enviou os arquivos STL de algumas peças de exemplo para imprimir. Eu comecei a trabalhar instalando-os em Eiger e comecei a imprimir as impressões em um Mark Two em casa mais tarde naquele mesmo dia.

Trabalhar com dobradiças vivas nas peças do meu irmão me levou a começar a experimentar diferentes parâmetros de design para dobradiças vivas impressas em 3D no Mark Two. A caixa abaixo é um exemplo simples que criei que incorpora algumas das diretrizes de design que desenvolvi enquanto trabalhava com os arquivos de modelo 3D do meu irmão.

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Nick: Uma das partes mais importantes da impressão de dobradiças vivas é obter a orientação correta da peça no Eiger. As dobradiças vivas geralmente podem ser produzidas a partir de náilon (para uma dobradiça mais flexível) ou de náilon reforçado com kevlar (para uma dobradiça mais rígida, mas com maior capacidade de carga), mas em ambos os casos, elas precisam ser impressas com o eixo normal do perfil lateral da dobradiça apontado na direção do eixo Z. Outra maneira de descrever essa orientação é que o perfil lateral completo da dobradiça, conforme exibido abaixo, deve estar no plano XY horizontal.

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A razão para isso é dupla e afeta muito a resistência da dobradiça:primeiro, a fibra só pode ser colocada no plano XY, portanto, para colocar o kevlar ao longo do comprimento da dobradiça, ela deve ser orientada como tal. Em segundo lugar, a resistência à tração do náilon conforme impressa em uma camada é muito maior do que a resistência de adesão intercamada do náilon. Ambas as realidades levam à necessidade de imprimir uma dobradiça viva na orientação mostrada na captura de tela a seguir de Eiger.

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Um desafio comum que nossos novos usuários frequentemente enfrentam ao começar a projetar para impressão 3D é desenvolver uma compreensão da anisotropia das peças impressas em 3D.

Termos de Tecnologia

Material anisotrópico - um material com propriedades de material dependentes direcionalmente, muitas vezes mecânicas, ao longo de vários eixos de uma seção do material - muitas madeiras, por exemplo, dividem-se facilmente ao longo de suas linhas de grão, mas são difíceis de quebrar ou cortar o grão, o que é um ótimo exemplo de anisotropia. O oposto é um material isotrópico, como muitos metais, que têm propriedades muito mais uniformes, independentemente da orientação. / Termos técnicos

Bennett: Como Nick mencionou acima, com a tecnologia FFF você vai conseguir sua maior força no plano XY, então você deve tirar vantagem disso. Além disso, uma das minhas coisas favoritas sobre o design em náilon é como ele pode ser resistente à fadiga. Quando você combina esses dois fatores, segue-se que a orientação ideal para uma dobradiça viva terá a seção transversal da dobradiça no plano XY horizontal. Conforme você engrossa a dobradiça, você aumenta sua rigidez. Nesta parte, há uma dobradiça da tampa que precisa de 180 graus completos de movimento e uma dobradiça de trava que exige muito menos movimento angular, mas deve manter a tampa fechada quando for fechada. Com base nesses requisitos, fiz a dobradiça da tampa o mais fina possível, enquanto aumentei a espessura da dobradiça da trava para aumentar a rigidez e para fazer com que a caixa permanecesse fechada até que fosse aberta intencionalmente por um usuário. Eu modelei a tampa em sua posição neutra (90 graus aberta) e a dobradiça da trava ligeiramente fechada para ajudá-la a se encaixar no lugar. As peças flexíveis impressas em 3D, assim como suas contrapartes moldadas por injeção, têm a tendência de retornar ao estado original, a menos que sofram deformação plástica significativa, portanto, você deve ter isso em mente ao projetar a posição neutra desejada de suas peças.

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Em seguida, mover as coisas para Eiger. Girei a peça para garantir que minhas dobradiças fossem impressas na orientação desejada e liguei a fibra. Usei um preenchimento concêntrico projetado para preencher totalmente a parte com fibra e apliquei as configurações em toda a parte. Eiger me avisou sobre não haver espaço suficiente para colocar a fibra, mas isso era esperado, pois eu projetei as dobradiças para serem menores do que a espessura mínima necessária para o reforço da fibra. Com o Mark Two consegui, no entanto, encaixar fibra em toda a base da peça, bem como na tampa sem problemas - algo que eu nunca seria capaz de fazer com o Mark One devido ao pequeno tamanho desta peça . Eu ativei a configuração da borda para esta parte também para ter certeza de que minhas seções altas e finas seriam totalmente suportadas durante suas primeiras camadas.

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 evitar a abertura não intencional
• Peças modeladas em posições abertas e fechadas para confirmar se o raio de curvatura foi apropriado, antes que a configuração de impressão final fosse escolhida

Quer imprimir o seu? Arquivos Solidworks de Bennett:Arquivo CAD SW Living_Hinges
Pronto para Eiger:Living_Hinges STL