Le parti stampate in 3D possono essere migliorate utilizzando giunti di collegamento e parti interconnesse all'interno del progetto, ma possono essere difficili da stampare in 3D dal punto di vista dimensionale. Dopo aver avuto alcuni insuccessi con la stampa 3D di queste parti, ho deciso di scrivere un articolo su come stamparle correttamente.

Per stampare in 3D giunti di collegamento e parti interconnesse, è necessario assicurarsi che la stampante sia calibrata correttamente in modo da non sotto- o sovra-estrudere, consentendo una migliore precisione dimensionale. È necessario lasciare una quantità appropriata di spazio e di distanza tra le due parti. Usare tentativi ed errori per ottenere i migliori risultati.

Inoltre, per stampare con successo queste parti, è necessario seguire alcuni importanti consigli di progettazione se si creano questi modelli da soli.

Questa è la risposta di base su come stampare in 3D giunti e parti di collegamento, ma ci sono altre informazioni e consigli di progettazione che vi saranno utili in questo articolo. Continuate a leggere per saperne di più.

Cosa sono le articolazioni?

Per spiegare meglio cosa sono gli incastri, prendiamo questa definizione dalla lavorazione del legno. Le giunzioni sono un punto in cui due o più parti vengono unite per formare un oggetto più grande e complesso.

Sebbene questa definizione provenga dalla lavorazione del legno, è ancora valida per la stampa 3D, perché nella stampa 3D utilizziamo le giunzioni per unire due o più parti e creare un oggetto più grande con funzionalità più complesse.

Ad esempio, è possibile utilizzare i giunti come punto di connessione per l'assemblaggio di più parti in un gruppo, oppure per unire parti troppo grandi per essere stampate sul letto di stampa 3D come un unico oggetto.

Si possono anche usare come mezzo per consentire un certo movimento tra due parti altrimenti rigide. Come si vede, le articolazioni sono un ottimo modo per estendere i propri orizzonti creativi nella stampa 3D.

Quali sono i tipi di giunti stampati in 3D?

Grazie agli artisti 3D che continuano a spingere i confini del design, esistono molti tipi di giunti che si possono stampare in 3D.

Possiamo dividerli vagamente in due categorie: giunti a incastro e giunti a scatto. Vediamoli.

Giunti a incastro

I giunti a incastro sono molto diffusi non solo nella lavorazione del legno e nella stampa 3D, ma anche nella lavorazione della pietra. Questi giunti si basano sulla forza di attrito tra due parti accoppiate per mantenere il giunto.

Il progetto di un giunto a incastro prevede una sporgenza su una parte, mentre sull'altra è presente una fessura o una scanalatura in cui si inserisce la sporgenza.

La forza di attrito tra le due parti mantiene il giunto in posizione, riducendo di solito il movimento tra le due parti, in modo che la connessione sia salda.

Box Joint

Il giunto a scatola è uno dei giunti a incastro più semplici. Una parte presenta una serie di sporgenze a forma di dita a forma di scatola sulla sua estremità. Sull'altra parte sono presenti rientranze o fori a forma di scatola in cui inserire le sporgenze. È quindi possibile unire le due estremità per ottenere un giunto senza giunzioni.

Di seguito è riportato un ottimo esempio di giunzione a incastro che è molto difficile da smontare.

Giunto a coda di rondine

L'incastro a coda di rondine è una leggera variante dell'incastro a scatola. Invece di avere sporgenze a forma di scatola, il suo profilo ha una forma a cuneo che ricorda la coda di una colomba. Le sporgenze a cuneo offrono un incastro migliore e più stretto grazie al maggiore attrito.

Ecco un incastro a coda di rondine in azione con la Impossible Dovetail Box di Thingiverse.

Giunti a maschio e femmina

I giunti a maschio e femmina sono un'altra variante del giunto a scatola, che si può utilizzare per connessioni che richiedono un meccanismo di scorrimento e altri movimenti in una direzione.

I profili dei loro punti di connessione sono come quelli degli incastri a scatola o a coda di rondine, ma in questo caso i profili sono più estesi e lasciano alle parti accoppiate una relativa libertà di scorrere tra loro.

Un'eccellente implementazione di questi giunti si trova nei famosissimi cassetti modulari esagonali chiamati HIVE.

Come si può notare, gli scomparti arancioni scorrono all'interno dei contenitori bianchi, producendo un incastro maschio-femmina che ha la funzione di richiedere i movimenti direzionali.

Per alcuni progetti ha senso stampare in 3D parti scorrevoli, quindi dipende dal progetto e dall'operazione nel suo complesso.

Giunti a scatto

I giunti a scatto sono una delle migliori opzioni di connessione per oggetti in plastica o stampati in 3D.

Sono formati da spezzando o piegando le parti accoppiate in una posizione in cui sono tenute in posizione dall'interferenza tra gli elementi di interblocco.

Pertanto, è necessario progettare questi elementi di incastro in modo che siano sufficientemente flessibili da resistere alle sollecitazioni della flessione, ma anche sufficientemente rigidi da mantenere il giunto in posizione dopo aver collegato le parti.

Montaggio a scatto a sbalzo

L'incastro a sbalzo utilizza un connettore a gancio all'estremità di una sottile trave di una delle parti, che viene schiacciata o deviata e inserita nella fessura creata per fissarla.

Quest'altra parte è dotata di un incavo in cui il connettore a gancio scorre e scatta per creare il giunto. Una volta che il connettore a gancio scivola nella cavità, riacquista la sua forma originale, assicurando una tenuta perfetta.

Un esempio è rappresentato da molti progetti a incastro che si trovano su Thingiverse, come il Dirigibile modulare a incastro, le cui parti sono progettate in modo da poterle incastrare a scatto anziché incollarle.

Il video qui sotto mostra un'ottima esercitazione sulla creazione di custodie a incastro in Fusion 360.

Raccordi a scatto anulari

I giunti a scatto anulari sono comunemente utilizzati su parti con profili circolari. Ad esempio, un componente può avere una cresta che sporge dalla sua circonferenza, mentre la sua parte di accoppiamento ha una scanalatura tagliata sul bordo.

Quando si premono le due parti durante l'assemblaggio, una parte si deflette e si allarga fino a quando la cresta non trova la scanalatura. Una volta che la cresta trova la scanalatura, la parte che si deflette ritorna alle sue dimensioni originali e il giunto è completo.

Esempi di giunti a scatto anulari sono i giunti a sfera, i tappi delle penne, ecc.

Il video qui sotto è un esempio di come funziona un giunto sferico.

Attacchi a scatto torsionale

Questi tipi di giunti a scatto sfruttano la flessibilità delle materie plastiche e funzionano come una chiusura: un connettore a gancio con un'estremità libera tiene insieme le due parti agganciandosi a una sporgenza dell'altra parte.

Per rilasciare questo giunto, si può premere l'estremità libera del connettore agganciato. Altri tipi di connessioni e giunti che si possono stampare in 3D sono le cerniere, i giunti a vite, i giunti a grondaia, ecc.

Maker's Muse spiega come progettare cerniere stampabili in 3D.

Come si stampano in 3D i giunti di collegamento e le parti?

In generale, è possibile stampare in 3D giunti e parti in due modi, tra cui:

• Stampa in loco (giunti impermeabili)
• Stampa separata

Vediamo meglio questi metodi.

Stampa in loco

La stampa in situ prevede la stampa di tutte le parti e le giunzioni collegate insieme nello stato assemblato. Come dice il nome "giunzioni vincolate", queste parti sono unite fin dall'inizio e spesso non sono rimovibili.

È possibile stampare in 3D giunti di collegamento e parti in posizione utilizzando un piccolo spazio tra i componenti. Lo spazio tra di essi rende deboli gli strati tra i pezzi del giunto.

Quindi, dopo la stampa, è possibile torcere e rompere facilmente gli strati per ottenere un giunto completamente mobile. Con questo metodo è possibile progettare e stampare cerniere, giunti a sfera, giunti a sfera e a bussola, giunti a vite, ecc.

Potete vedere questo design in pratica nel video qui sotto. Ho realizzato alcuni modelli con questo design e funziona molto bene.

In una prossima sezione approfondirò come progettare i giunti in opera.

È possibile stamparli anche utilizzando strutture di supporto solubili. Dopo la stampa, è possibile rimuovere le strutture di supporto utilizzando la soluzione appropriata.

Stampa separata

Questo metodo prevede la stampa individuale di tutte le parti dell'assieme e il loro successivo assemblaggio. Il metodo separato è solitamente più facile da implementare rispetto al metodo di stampa in loco.

Questo metodo può essere utilizzato per giunti a torsione, a sbalzo e per alcuni giunti anulari a scatto.

Tuttavia, non ha la libertà di progettazione che offre il metodo di stampa in situ. L'uso di questo metodo aumenta anche i tempi di stampa e di assemblaggio.

Nella prossima sezione vedremo come progettare e implementare correttamente entrambi i metodi per la stampa dei giunti.

Suggerimenti per la stampa 3D di giunti e parti di collegamento

La stampa di giunti e parti di collegamento può essere piuttosto complicata. Per questo motivo ho raccolto alcuni suggerimenti e trucchi per aiutarvi a rendere il processo più semplice.

Il successo di una stampa 3D dipende sia dal progetto che dalla stampante. Pertanto, dividerò i suggerimenti in due sezioni: una per il progetto e una per la stampante.

Immergiamoci subito nell'argomento.

Suggerimenti per la progettazione di giunti di collegamento e parti ad incastro

Selezionare il giusto spazio libero

Il gioco è lo spazio tra le parti che si accoppiano ed è fondamentale, soprattutto se si stampano le parti in posizione.

La maggior parte degli utenti esperti consiglia un gioco di 0,3 mm per iniziare, ma è possibile sperimentare nell'intervallo tra 0,2 mm e 0,6 mm per trovare quello che funziona meglio per voi.

Una buona regola è quella di utilizzare come distanza il doppio dello spessore dello strato che si sta stampando.

Il gioco può essere comprensibilmente ridotto quando si stampano giunti a incastro, come le code di rondine, che non consentono movimenti relativi. Tuttavia, se si stampa un pezzo come un giunto a sfera o una cerniera che richiede un movimento relativo, è necessario utilizzare la tolleranza adeguata.

La selezione di un gioco adeguato tiene conto della tolleranza del materiale e garantisce che tutti i pezzi si adattino correttamente dopo la stampa.

Utilizzare filetti e smussi

I connettori lunghi e sottili nei giunti a sbalzo e torsionali a scatto sono spesso sottoposti a forti sollecitazioni durante la giunzione. A causa della pressione, gli spigoli vivi alla base o alla testa possono spesso fungere da punti di infiammabilità o punti focali per crepe e fratture.

Per questo motivo, è buona norma eliminare questi spigoli vivi utilizzando filetti e smussi. Inoltre, questi spigoli arrotondati offrono una migliore resistenza a crepe e fratture.

Connettori di stampa con riempimento al 100%

Come ho accennato in precedenza, i connettori o le clip di alcune giunzioni sono sottoposti a forti sollecitazioni durante il processo di giunzione. Stampandoli con un riempimento al 100% si ottiene una maggiore resistenza e resilienza per sopportare queste forze. Alcuni materiali sono inoltre più flessibili di altri, come il nylon o il PETG.

Utilizzare una larghezza adeguata per le clip di collegamento

L'aumento delle dimensioni di queste clip nella direzione Z contribuisce ad aumentare la rigidità e la resistenza del giunto. Per ottenere risultati ottimali, i connettori devono avere uno spessore di almeno 5 mm.

Non dimenticate di controllare gli spazi liberi durante l'impermeabilizzazione

Quando si scala un modello verso l'alto o verso il basso, cambiano anche i valori del gioco, che possono risultare troppo stretti o troppo larghi.

Quindi, dopo aver scalato un modello 3D per la stampa, controllare e riportare il gioco ai valori corretti.

Suggerimenti per la stampa 3D di giunti di collegamento e parti interconnesse

Ecco alcuni suggerimenti su come configurare e calibrare la stampante per ottenere la migliore esperienza di stampa.

Controllare la tolleranza della stampante

Le diverse stampanti 3D hanno livelli di tolleranza diversi e questo naturalmente influisce sulle dimensioni del gioco che sceglierete nel vostro progetto.

Inoltre, le impostazioni di calibrazione della stampante e il tipo di materiali utilizzati durante la stampa determinano anche la tolleranza e l'adattamento finale dei pezzi.

Quindi, per evitare errori di adattamento, vi consiglio di stampare un modello di prova della tolleranza (Thingiverse), con il quale potrete determinare la tolleranza della vostra stampante e regolare il progetto di conseguenza.

È possibile ottenere il Makers Muse Tolerance Test anche da Gumroad, come mostrato nel video qui sotto.

Vi consiglio di dare un'occhiata al mio articolo su Come calibrare perfettamente i passi E dell'estrusore e la portata per mettervi sulla strada giusta.

Stampare e testare prima i giunti

La stampa di giunti di collegamento è piuttosto difficile e a volte può essere frustrante. Quindi, per evitare di perdere tempo e materiali, stampate e testate i giunti prima di stampare l'intero modello.

In questa situazione, l'uso di una stampa di prova consente di verificare le tolleranze e di regolarle di conseguenza prima di stampare il modello finale. Può essere una buona idea ridurre le dimensioni per la prova se il file originale è piuttosto grande.

Utilizzare la giusta direzione di costruzione

La direzione dello strato determina in larga misura la resistenza delle parti stampate con FDM.

Per ottenere risultati ottimali, stampare gli strati dei connettori parallelamente alla giunzione. Quindi, invece di costruire i connettori verticalmente verso l'alto, costruirli orizzontalmente sulla piastra di costruzione.

Per darvi un'idea delle differenze di resistenza che si verificano con l'orientamento, potete vedere il video che stampa in 3D bulloni e filetti in diverse direzioni.

Questo è tutto quello che ho per voi sulla stampa di giunti di collegamento e parti ad incastro. Spero che questo articolo vi aiuti a stampare il giunto perfetto e ad ampliare la vostra gamma creativa.

Buona fortuna e buona stampa!