3D-gedruckte Teile können durch die Verwendung von Verbindungsstücken & verbessert werden; ineinandergreifende Teile innerhalb des Designs, aber sie können schwierig sein, 3D-Druck dimensioniert. Nach einigen Misserfolgen mit 3D-Druck diese Teile, beschloss ich, einen Artikel zu schreiben, wie man 3D-Druck sie richtig.

Für den 3D-Druck von Verbindungsstücken & ineinander greifenden Teilen sollten Sie sicherstellen, dass Ihr Drucker richtig kalibriert ist, damit er nicht zu viel oder zu wenig extrudiert, was eine bessere Maßgenauigkeit ermöglicht. Sie möchten einen angemessenen Abstand und Spielraum zwischen den beiden Teilen lassen. Probieren Sie es aus, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Um diese Teile erfolgreich zu drucken, müssen Sie außerdem einige wichtige Design-Tipps beachten, wenn Sie diese Modelle selbst erstellen.

Dies ist die grundlegende Antwort auf die Frage, wie man Verbindungsstücke und Teile in 3D druckt, aber es gibt noch weitere Informationen und Designtipps, die Sie in diesem Artikel finden werden. Lesen Sie also weiter, um mehr zu erfahren.

Was sind Gelenke?

Um am besten zu erklären, was Verbindungen sind, nehmen wir diese Definition aus der Holzbearbeitung. Gelenke sind eine Stelle, an der zwei oder mehr Teile zusammengefügt werden, um ein größeres, komplexeres Objekt zu bilden.

Obwohl diese Definition aus der Holzbearbeitung stammt, trifft sie auch auf den 3D-Druck zu, denn beim 3D-Druck werden zwei oder mehr Teile miteinander verbunden, um ein größeres Objekt mit komplexerer Funktionalität zu schaffen.

Zum Beispiel können Sie Gelenke als Verbindungspunkte für den Zusammenbau mehrerer Teile in einer Baugruppe verwenden. Sie können sie verwenden, um Teile zu verbinden, die zu groß sind, um auf Ihrem 3D-Druckbett als ein Objekt gedruckt zu werden.

Man kann sie sogar dazu verwenden, um eine gewisse Bewegung zwischen zwei ansonsten starren Teilen zu ermöglichen. Sie sehen also, dass Gelenke eine großartige Möglichkeit sind, Ihren kreativen Horizont beim 3D-Druck zu erweitern.

Welche Arten von 3D-gedruckten Gelenken gibt es?

Dank der 3D-Künstler, die die Grenzen des Designs immer weiter verschieben, gibt es viele Arten von Gelenken, die man in 3D drucken kann.

Wir können sie grob in zwei Kategorien einteilen: ineinandergreifende Verbindungen und Schnappverbindungen. Schauen wir uns diese an.

Verzahnte Gelenke

Nicht nur in der Holzbearbeitung und im 3D-Druck, sondern auch in der Steinbearbeitung sind formschlüssige Verbindungen beliebt, die auf der Reibungskraft zwischen zwei zusammenpassenden Teilen beruhen, um die Verbindung zu halten.

Die Konstruktion einer formschlüssigen Verbindung sieht vor, dass an einem Teil ein Vorsprung vorhanden ist, während am anderen Teil ein Schlitz oder eine Nut vorhanden ist, in die der Vorsprung passt.

Die Reibungskraft zwischen den beiden Teilen hält die Verbindung an Ort und Stelle und reduziert in der Regel die Bewegung zwischen den beiden Teilen, so dass die Verbindung dicht ist.

Box Joint

Die kastenförmige Verbindung ist eine der einfachsten Verriegelungsverbindungen. Ein Teil hat an seinem Ende eine Reihe von kastenförmigen, fingerartigen Vorsprüngen. Auf dem anderen Teil befinden sich kastenförmige Aussparungen oder Löcher, in die die Vorsprünge passen. Sie können dann beide Enden zusammenfügen, um eine nahtlose Verbindung herzustellen.

Unten sehen Sie ein großartiges Beispiel für eine ineinander greifende Kastenfuge, die sich nur sehr schwer auseinanderziehen lässt.

Schwalbenschwanzverbindung

Die Schwalbenschwanzverbindung ist eine leichte Abwandlung der Kastenverbindung. Statt kastenförmiger Vorsprünge hat ihr Profil eher die Form eines Keils, der an den Schwanz einer Taube erinnert. Die keilförmigen Vorsprünge bieten aufgrund der erhöhten Reibung einen besseren, festeren Sitz.

Hier ist eine Schwalbenschwanzverbindung in Aktion mit der Impossible Dovetail Box von Thingiverse.

Nut- und Feder-Verbindungen

Die Nut- und Federverbindung ist eine weitere Variante der Kastenverbindung, die für Verbindungen verwendet werden kann, die einen Schiebemechanismus und andere Bewegungen in eine Richtung erfordern.

Die Profile ihrer Verbindungsstellen entsprechen denen von Kasten- oder Schwalbenschwanzverbindungen, sind aber in diesem Fall länger, so dass die zueinander passenden Teile relativ frei aufeinander gleiten können.

Eine hervorragende Umsetzung dieser Verbindungen finden Sie in den sehr beliebten modularen Hex-Schubladen namens HIVE.

Wie Sie sehen können, gleiten die orangefarbenen Fächer in die weißen Behälter, wodurch eine Nut- und Federverbindung entsteht, die einen Zweck hat, der die Richtungsbewegungen benötigt.

Bei bestimmten Konstruktionen ist es sinnvoll, gleitende Teile in 3D zu drucken, es kommt also wirklich auf das Projekt und den Betrieb als Ganzes an.

Snap-Fit-Verbindungen

Schnappverbindungen sind eine der besten Verbindungsmöglichkeiten für Kunststoffe oder 3D-gedruckte Objekte.

Sie werden gebildet durch Einschnappen oder Biegen der zusammenpassenden Teile in eine Position, in der sie durch die Interferenz zwischen den ineinandergreifenden Merkmalen in ihrer Position gehalten werden.

Daher müssen diese Verriegelungselemente so flexibel sein, dass sie der Biegebeanspruchung standhalten, aber auch so steif, dass sie die Verbindung nach dem Zusammenfügen der Teile halten.

Freitragende Schnappverschlüsse

Bei der freitragenden Schnappverbindung wird ein hakenförmiges Verbindungsstück am Ende eines schmalen Trägers eines der Teile eingeklemmt oder gebogen und in den entstandenen Spalt eingeführt, um es zu befestigen.

Dieses andere Teil hat eine Aussparung, in die der Hakenverbinder gleitet und einrastet, um die Verbindung herzustellen. Sobald der Hakenverbinder in die Aussparung gleitet, nimmt er seine ursprüngliche Form wieder an und gewährleistet einen festen Sitz.

Ein Beispiel dafür sind viele Snap-Fit-Designs, die man auf Thingiverse findet, wie das Modular Snap-Fit Airship, bei dem die Teile so gestaltet sind, dass man sie einrasten lassen kann, statt sie zu kleben.

Das folgende Video zeigt ein hervorragendes Tutorial zur Erstellung von einfachen Snap-Fit-Gehäusen in Fusion 360.

Ringförmige Schnappverschlüsse

Ringförmige Schnappverbindungen werden häufig bei Teilen mit kreisförmigem Profil verwendet, z. B. kann ein Bauteil einen über den Umfang hinausragenden Steg haben, während das Gegenstück eine in den Rand geschnittene Nut aufweist.

Wenn Sie die beiden Teile während des Zusammenbaus zusammendrücken, biegt sich ein Teil durch und weitet sich, bis der Steg auf die Nut trifft. Sobald der Steg auf die Nut trifft, kehrt das Teil, das sich durchbiegt, auf seine ursprüngliche Größe zurück, und die Verbindung ist fertig.

Beispiele für ringförmige Schnappverbindungen sind Kugelgelenke, Stiftkappen usw.

Das folgende Video ist ein Beispiel dafür, wie ein Kugelgelenk funktioniert.

Torsionsschnellverschlüsse

Diese Art von Schnappverbindungen nutzt die Flexibilität von Kunststoffen. Sie funktionieren wie ein Riegel. Ein hakenförmiges Verbindungsstück mit einem freien Ende hält die beiden Teile zusammen, indem es in einen Vorsprung am anderen Teil einrastet.

Um diese Verbindung zu lösen, können Sie auf das freie Ende des Hakenverbinders drücken. Andere bemerkenswerte Arten von Verbindungen und Gelenken, die Sie in 3D drucken können, sind Scharniere, Schraubverbindungen, Rinnenverbindungen usw.

Maker's Muse zeigt, wie man 3D-druckbare Scharniere entwirft.

Wie druckt man 3D-Verbindungsstücke & Teile?

Generell gibt es zwei Möglichkeiten, Gelenke und Teile in 3D zu drucken: Erstens:

• In-Place-Druck (unverlierbare Verbindungen)
• Gesonderter Druck

Schauen wir uns diese Methoden einmal genauer an.

Vor-Ort-Druck

Beim In-Place-Printing werden alle miteinander verbundenen Teile und Verbindungen im zusammengebauten Zustand gedruckt. Wie der Name "Captive Joints" schon sagt, sind diese Teile von Anfang an miteinander verbunden, und die meisten sind oft nicht abnehmbar.

Sie können Verbindungsstellen und Teile an Ort und Stelle in 3D drucken, indem Sie einen kleinen Abstand zwischen den Komponenten verwenden.

So können Sie nach dem Druck die Schichten einfach verdrehen und brechen, um ein voll bewegliches Gelenk zu erhalten. Mit dieser Methode können Sie Scharniere, Kugelgelenke, Kugelgelenke, Schraubverbindungen usw. entwerfen und drucken.

Im folgenden Video sehen Sie dieses Design in der Praxis. Ich habe einige Modelle mit diesem Design gebaut und es funktioniert sehr gut.

In einem späteren Abschnitt werde ich näher darauf eingehen, wie man Fugen an Ort und Stelle konstruiert.

Sie können auch mit löslichen Trägerstrukturen gedruckt werden, die nach dem Druck mit der entsprechenden Lösung entfernt werden können.

Separater Druck

Bei dieser Methode werden alle Teile der Baugruppe einzeln gedruckt und anschließend zusammengebaut. Die separate Methode ist in der Regel einfacher zu realisieren als die Print-in-Place-Methode.

Sie können diese Methode für Torsions-, Kragarm- und einige ringförmige Schnappverbindungen verwenden.

Sie bietet jedoch nicht die Gestaltungsfreiheit, die das Print-in-Place-Verfahren bietet, und verlängert die Druck- und Montagezeit.

Im nächsten Abschnitt werden wir sehen, wie man diese beiden Methoden für das Drucken von Gelenken richtig entwirft und umsetzt.

Tipps für den 3D-Druck von Verbindungsstellen und Teilen

Das Drucken von Verbindungsstellen und Teilen kann ziemlich kompliziert sein. Deshalb habe ich einige Tipps und Tricks zusammengestellt, die Ihnen helfen, den Prozess reibungslos zu gestalten.

Da ein erfolgreicher 3D-Druck sowohl vom Design als auch vom Drucker abhängt, werde ich die Tipps in zwei Abschnitte unterteilen: einen für das Design und einen für den Drucker.

Lassen Sie uns gleich loslegen.

Konstruktionstipps für Verbindungsstellen und ineinander greifende Teile

Wählen Sie den richtigen Freiraum

Das Spiel ist der Abstand zwischen den zueinander passenden Teilen, der besonders wichtig ist, wenn Sie die Teile an Ort und Stelle drucken wollen.

Die meisten erfahrenen Benutzer empfehlen für den Anfang einen Abstand von 0,3 mm, Sie können jedoch im Bereich von 0,2 mm bis 0,6 mm experimentieren, um herauszufinden, was für Sie am besten funktioniert.

Eine gute Faustregel ist, die doppelte Schichtdicke, mit der Sie drucken, als Abstand zu verwenden.

Beim Druck von ineinandergreifenden Verbindungen wie Schwalbenschwänzen, die keine Relativbewegung zulassen, kann der Abstand verständlicherweise gering sein. Wenn Sie jedoch ein Teil wie ein Kugelgelenk oder ein Scharnier drucken, das eine Relativbewegung erfordert, müssen Sie die richtige Toleranz verwenden.

Die Wahl des richtigen Abstands berücksichtigt die Materialtoleranz und stellt sicher, dass alle Teile nach dem Druck korrekt zusammenpassen.

Verwenden Sie Filets und Fasen

Lange, schlanke Verbinder in freitragenden und verdrehbaren Schnappverbindungen werden beim Fügen oft stark beansprucht. Durch den Druck können scharfe Ecken an ihrer Basis oder ihrem Kopf oft als Flammpunkte oder Brennpunkte für Risse und Brüche dienen.

Daher ist es eine gute Konstruktionspraxis, diese scharfen Ecken durch Verrundungen und Fasen zu beseitigen. Außerdem bieten diese abgerundeten Kanten eine bessere Beständigkeit gegen Risse und Brüche.

Print Connectors mit 100% Füllung

Wie ich bereits erwähnt habe, werden die Verbindungsstücke oder Klammern in einigen Verbindungen während des Fügevorgangs stark beansprucht. Durch das Bedrucken mit 100 % Füllmaterial erhalten sie eine bessere Festigkeit und Elastizität, um diesen Kräften standzuhalten. Einige Materialien sind auch flexibler als andere, wie Nylon oder PETG.

Verwenden Sie eine geeignete Breite für die Verbindungsklammern

Eine Vergrößerung dieser Klammern in Z-Richtung trägt zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit der Verbindung bei. Ihre Verbindungsstücke sollten mindestens 5 mm dick sein, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Vergessen Sie nicht, bei der Versiegelung Ihre Abstände zu überprüfen

Bei der Vergrößerung oder Verkleinerung eines Modells ändern sich auch die Abstandswerte, was dazu führen kann, dass die Passung zu eng oder zu locker ausfällt.

Überprüfen Sie also nach der Skalierung eines 3D-Modells für den Druck den Abstand und setzen Sie ihn auf die richtigen Werte zurück.

Tipps für den 3D-Druck von Verbindungsstellen und ineinander greifenden Teilen

Im Folgenden finden Sie einige Tipps, wie Sie Ihren Drucker konfigurieren und kalibrieren können, um ein optimales Druckergebnis zu erzielen.

Prüfen Sie die Toleranzen Ihres Druckers

Verschiedene 3D-Drucker haben unterschiedliche Toleranzen, was sich natürlich auf die Größe der Aussparung auswirkt, die Sie für Ihren Entwurf wählen.

Darüber hinaus bestimmen die Kalibrierungseinstellungen des Druckers und die Art der beim Druck verwendeten Materialien auch die endgültige Toleranz und Passform der Teile.

Um schlechte Passungen zu vermeiden, empfehle ich, ein Toleranz-Testmodell zu drucken (Thingiverse). Mit diesem Modell können Sie die Toleranz Ihres Druckers bestimmen und Ihr Design entsprechend anpassen.

Sie können den Makers Muse Tolerance Test auch über Gumroad beziehen, wie im Video unten gezeigt.

Ich empfehle Ihnen, meinen Artikel über die perfekte Kalibrierung Ihres Extruders mit E-Steps & Flow Rate zu lesen, damit Sie auf den richtigen Weg kommen.

Drucken und testen Sie die Verbindungen zuerst

Das Drucken von Verbindungsstellen ist ziemlich schwierig und kann manchmal frustrierend sein. Um also keine Zeit und kein Material zu verschwenden, drucken und testen Sie zuerst die Verbindungsstellen, bevor Sie das gesamte Modell drucken.

In diesem Fall können Sie mit einem Testdruck die Toleranzen prüfen und entsprechend anpassen, bevor Sie das endgültige Modell drucken. Es kann eine gute Idee sein, Dinge zu Testzwecken zu verkleinern, wenn Ihre Originaldatei recht groß ist.

Verwenden Sie die richtige Baurichtung

Die Schichtrichtung bestimmt in hohem Maße die Festigkeit von FDM-gedruckten Teilen.

Die besten Ergebnisse erzielen Sie, wenn Sie die Schichten der Verbinder parallel zur Verbindungsstelle drucken, d. h. anstatt die Verbinder vertikal nach oben zu bauen, bauen Sie sie horizontal über die Bauplatte.

Um Ihnen eine Vorstellung von den Festigkeitsunterschieden zu vermitteln, die je nach Ausrichtung auftreten, können Sie sich das Video ansehen, in dem Schrauben und Gewinde in verschiedenen Richtungen 3D-gedruckt werden.

Ich hoffe, dass dieser Artikel Ihnen hilft, die perfekte Verbindung zu drucken und Ihren kreativen Spielraum zu erweitern.

Viel Glück und viel Spaß beim Drucken!