3D-geprinte onderdelen kunnen worden verbeterd door het gebruik van verbindingsverbindingen & in elkaar grijpende onderdelen binnen het ontwerp, maar ze kunnen lastig zijn om dimensionaal te 3D-printen. Na enkele mislukkingen met het 3D-printen van deze onderdelen, besloot ik een artikel te schrijven over hoe je ze correct kunt 3D-printen.

Voor het 3D printen van verbindingsvoegen & in elkaar grijpende onderdelen, moet u ervoor zorgen dat uw printer goed gekalibreerd is, zodat hij niet onder of over extrudeert, waardoor een betere maatnauwkeurigheid ontstaat. U wilt een passende hoeveelheid ruimte en speling tussen de twee onderdelen laten. Gebruik trial and error voor de beste resultaten.

Om deze onderdelen met succes af te drukken, moet u ook enkele belangrijke ontwerptips volgen als u deze modellen zelf maakt.

Dit is het basisantwoord over hoe u verbindingsverbindingen en onderdelen kunt 3D-printen, maar er zijn meer informatie en ontwerptips die u in dit artikel nuttig zult vinden. Blijf dus lezen voor meer informatie.

Wat zijn gewrichten?

Om het beste uit te leggen wat verbindingen zijn, nemen we deze definitie uit de houtbewerking. Verbindingen zijn een plek waar twee of meer onderdelen worden samengevoegd tot een groter, complexer object.

Hoewel deze definitie afkomstig is uit de houtbewerking, geldt ze nog steeds voor 3D printen, omdat we bij 3D printen verbindingen gebruiken om twee of meer onderdelen samen te voegen tot een groter object met complexere functionaliteit.

Zo kunt u gewrichten gebruiken als verbindingspunt voor het samenvoegen van verschillende onderdelen in een assemblage. U kunt ze gebruiken om onderdelen die te groot zijn om als één object op uw 3D printbed te worden geprint, samen te voegen.

U kunt ze zelfs gebruiken om enige beweging mogelijk te maken tussen twee anders stijve onderdelen. U ziet dus dat gewrichten een geweldige manier zijn om uw creatieve horizon bij 3D printen te verruimen.

Welke soorten 3D-geprinte verbindingen zijn er?

Dankzij 3D-kunstenaars die de grenzen van het ontwerp blijven verleggen, zijn er vele soorten gewrichten die je kunt 3D-printen.

We kunnen ze losjes onderverdelen in twee categorieën: in elkaar grijpende verbindingen en klikverbindingen. Laten we ze eens bekijken.

In elkaar grijpende verbindingen

In elkaar grijpende verbindingen zijn niet alleen populair bij houtbewerking en 3D-printing, maar ook bij steenbewerking. Deze verbindingen berusten op de wrijvingskracht tussen twee tegen elkaar aanliggende delen om de verbinding vast te houden.

Het ontwerp van een in elkaar grijpende verbinding vereist een uitsteeksel op één deel. Op het andere deel is er een gleuf of groef waarin het uitsteeksel past.

De wrijvingskracht tussen beide delen houdt de verbinding op zijn plaats en vermindert gewoonlijk de beweging tussen de twee delen, zodat de verbinding strak is.

Box Joint

De doosverbinding is een van de eenvoudigste in elkaar grijpende verbindingen. Het ene deel heeft een reeks doosvormige vingerachtige uitsteeksels op het uiteinde. Op het andere deel zijn er doosvormige uitsparingen of gaten waarin de uitsteeksels passen. Je kunt dan beide uiteinden met elkaar verbinden voor een naadloze verbinding.

Hieronder ziet u een mooi voorbeeld van een in elkaar grijpende doosverbinding die moeilijk uit elkaar te trekken is.

Zwaluwstaartverbinding

De zwaluwstaartverbinding is een lichte variant van de doosverbinding. In plaats van doosvormige uitsteeksels heeft het profiel meer de vorm van een wig die lijkt op de staart van een duif. De wigvormige uitsteeksels bieden een betere, strakkere pasvorm door de grotere wrijving.

Hier is een zwaluwstaartverbinding in actie met de Impossible Dovetail Box van Thingiverse.

Tand en groef verbindingen

Tand en groef verbindingen zijn een andere variant van de doosverbinding. We kunnen deze verbinding gebruiken voor verbindingen die een schuifmechanisme en andere bewegingen in één richting nodig hebben.

De profielen van hun verbindingspunten zijn dezelfde als die van doos- of zwaluwstaartverbindingen, maar in dit geval zijn de profielen langer, waardoor de tegen elkaar liggende delen relatief vrij onder elkaar kunnen schuiven.

Een uitstekende uitvoering van deze verbindingen vindt u in de zeer populaire Modular Hex Drawers genaamd The HIVE.

Zoals u kunt zien, schuiven de oranje vakken in de witte vakken, waardoor een tand- en groefverbinding ontstaat die de richtingsbewegingen nodig heeft.

Voor bepaalde ontwerpen is het zinvol om schuifonderdelen te 3D-printen, dus het hangt echt af van het project en de werking als geheel.

Snap-Fit verbindingen

Klikverbindingen zijn een van de beste verbindingsopties voor kunststoffen of 3D-geprinte voorwerpen.

Ze worden gevormd door het vastklikken of buigen van de samenstellende delen in een positie waarin zij op hun plaats worden gehouden door de interferentie tussen de in elkaar grijpende delen.

Je moet deze in elkaar grijpende onderdelen dus zo ontwerpen dat ze flexibel genoeg zijn om de spanning van het buigen te weerstaan, maar aan de andere kant moeten ze ook stijf genoeg zijn om de verbinding op zijn plaats te houden na het verbinden van de onderdelen.

Cantilever Snap Past

De cantilever snap fit maakt gebruik van een gehaakte connector aan het uiteinde van een slanke balk van een van de onderdelen. Je knijpt of buigt hem en steekt hem in de ontstane opening om hem vast te zetten.

Dit andere deel heeft een uitsparing waarin de gehaakte connector schuift en vastklikt om de verbinding tot stand te brengen. Zodra de gehaakte connector in de uitsparing schuift, krijgt hij zijn oorspronkelijke vorm terug, waardoor een strakke pasvorm wordt gegarandeerd.

Een voorbeeld hiervan zijn veel snap-fit ontwerpen die je op Thingiverse ziet, zoals het Modular Snap-Fit Airship. De onderdelen zijn zo ontworpen dat je ze kunt vastklikken in plaats van ze te moeten lijmen.

De onderstaande video toont een geweldige tutorial over het maken van eenvoudige snap fit cases in Fusion 360.

Annular Snap Fits

Annulaire klikverbindingen worden gewoonlijk gebruikt voor onderdelen met een cirkelvormig profiel. Zo kan een onderdeel een nok hebben die uit de omtrek steekt, terwijl het andere onderdeel een groef in de rand heeft.

Wanneer u tijdens de montage beide delen op elkaar drukt, buigt het ene deel door en wordt het breder tot de nok de groef vindt. Zodra de nok de groef vindt, keert het doorbuigende deel terug naar zijn oorspronkelijke grootte en is de verbinding compleet.

Voorbeelden van ringvormige snap fit-verbindingen zijn kogelgewrichten, pendoppen, enz.

De video hieronder is een voorbeeld van hoe een kogelgewricht werkt.

Torsionele Snap Fits

Dit soort snap-fit verbindingen maakt gebruik van de flexibiliteit van kunststoffen. Ze werken als een grendel. Een gehaakte connector met een vrij uiteinde houdt de twee delen bij elkaar door vast te klikken op een uitsteeksel op het andere deel.

Om deze verbinding los te maken, kunt u op het vrije uiteinde van de gehaakte connector drukken. Andere opmerkelijke soorten verbindingen en gewrichten die u kunt 3D-printen zijn scharnieren, schroefverbindingen, gootverbindingen, enz.

Maker's Muse bespreekt hoe je 3D printbare scharnieren ontwerpt.

Hoe 3D print je verbindingsstukken en onderdelen?

In het algemeen kunt u verbindingen en onderdelen op twee manieren 3D printen. Deze omvatten:

• In-place printen (gesloten verbindingen)
• Apart afdrukken

Laten we deze methoden eens beter bekijken.

Ter plaatse afdrukken

Bij in-place printen worden alle verbonden onderdelen en verbindingen samen geprint in hun gemonteerde staat. Zoals de naam "captive joints" zegt, zijn deze onderdelen vanaf het begin met elkaar verbonden, en de meeste zijn vaak niet verwijderbaar.

U kunt verbindingsverbindingen en onderdelen op hun plaats 3D-printen door een kleine ruimte tussen de onderdelen te gebruiken. De tussenruimte maakt de lagen tussen de stukken in de verbinding zwak.

Na het printen kunt u dus gemakkelijk de lagen draaien en breken voor een volledig beweegbare verbinding. U kunt met deze methode scharnieren, kogelgewrichten, kogelgewrichten, schroefgewrichten, enz. ontwerpen en printen.

U kunt dit ontwerp in de praktijk zien in de onderstaande video. Ik heb een paar modellen gemaakt met dit ontwerp en het werkt heel goed.

In een later hoofdstuk zal ik nader ingaan op het ontwerpen van geplaatste verbindingen.

U kunt ze ook afdrukken met behulp van oplosbare steunstructuren. Na het afdrukken kunt u de steunstructuren dan verwijderen met de juiste oplossing.

Apart afdrukken

Bij deze methode worden alle onderdelen van de assemblage afzonderlijk afgedrukt en achteraf geassembleerd. De afzonderlijke methode is gewoonlijk gemakkelijker uit te voeren dan de "print in-place"-methode.

U kunt deze methode gebruiken voor torsie-, cantilever- en sommige ringvormige klikverbindingen.

Deze methode ontbeert echter de ontwerpvrijheid die de "print in place"-methode biedt. Deze methode verhoogt ook de print- en assemblagetijd.

In het volgende deel zullen we zien hoe we beide methoden voor het afdrukken van verbindingen goed kunnen ontwerpen en toepassen.

Tips voor 3D printen van verbindingsstukken en onderdelen

Het printen van verbindingen en onderdelen kan behoorlijk ingewikkeld zijn. Daarom heb ik wat tips en trucs verzameld om het proces soepel te laten verlopen.

Een succesvolle 3D print is afhankelijk van zowel het ontwerp als de printer. Daarom verdeel ik de tips in twee delen; één voor het ontwerp en één voor de printer.

Laten we er meteen in duiken.

Ontwerptips voor verbindingsverbindingen en in elkaar grijpende onderdelen

Selecteer de juiste vrije ruimte

Speling is de ruimte tussen de samenkomende delen. Die is van vitaal belang, vooral als u de delen op hun plaats afdrukt.

De meeste ervaren gebruikers raden om te beginnen een speling van 0,3 mm aan. U kunt echter experimenteren binnen het bereik van 0,2 mm en 0,6 mm om te vinden wat voor u het beste werkt.

Een goede vuistregel is om als speling het dubbele te gebruiken van de laagdikte waarmee u afdrukt.

De speling kan begrijpelijkerwijs klein zijn bij het printen van in elkaar grijpende verbindingen zoals zwaluwstaarten die geen relatieve beweging toelaten. Als u echter een onderdeel print zoals een kogelgewricht of een scharnier dat relatieve beweging vereist, moet u de juiste tolerantie gebruiken.

Het kiezen van een juiste speling houdt rekening met de tolerantie van het materiaal en zorgt ervoor dat alle onderdelen na het printen correct in elkaar passen.

Gebruik filets en afschuiningen

Lange slanke verbindingsstukken in cantilever en torsieverbindingen worden vaak zwaar belast tijdens de verbinding. Door de druk kunnen scherpe hoeken aan hun basis of kop vaak dienen als vlampunten of brandpunten voor scheuren en breuken.

Het is dus een goede ontwerppraktijk om deze scherpe hoeken weg te werken door middel van vullingen en afschuiningen. Bovendien bieden deze afgeronde randen een betere weerstand tegen scheuren en breuken.

Print Connectors met 100% Infill

Zoals ik al eerder zei, ondervinden de connectoren of clips in sommige verbindingen hoge spanning tijdens het verbindingsproces. Door ze te bedrukken met 100% infill krijgen ze meer sterkte en veerkracht om die krachten te weerstaan. Sommige materialen zijn ook flexibeler dan andere, zoals Nylon of PETG.

Gebruik een geschikte breedte voor de verbindingsclips

Het vergroten van deze clips in de Z-richting helpt de stijfheid en sterkte van de verbinding te vergroten. Uw verbindingsstukken moeten minstens 5 mm dik zijn voor het beste resultaat.

Vergeet niet uw spelingen te controleren bij het afdichten

Wanneer een model op- of afgeschaald wordt, veranderen ook de spelingwaarden. Dit kan resulteren in een te strakke of te losse pasvorm.

Dus, na het schalen van een 3D-model voor afdrukken, controleert u de speling en brengt u deze terug naar de juiste waarden.

Tips voor 3D printen van verbindingsstukken en in elkaar grijpende onderdelen

Hier volgen enkele tips voor het configureren en kalibreren van uw printer voor de beste afdrukervaring.

Controleer de tolerantie van uw printer

Verschillende 3D printers hebben verschillende tolerantieniveaus. Dat beïnvloedt natuurlijk de grootte van de speling die u in uw ontwerp kiest.

Bovendien bepalen de kalibratie-instelling van de printer en het soort materiaal dat u gebruikt tijdens het printen ook de uiteindelijke tolerantie en pasvorm van de onderdelen.

Om slechte pasvormen te voorkomen, raad ik dus aan een tolerantietestmodel te printen (Thingiverse). Met dit model kun je de tolerantie van je printer bepalen en je ontwerp daarop aanpassen.

Je kunt de Makers Muse Tolerance Test ook van Gumroad krijgen, zoals in de video hieronder te zien is.

Ik raad u aan mijn artikel "Hoe kalibreert u perfect uw extruder E-stappen en debiet" te lezen om u op weg te helpen.

De verbindingen eerst afdrukken en testen

Het printen van aansluitende verbindingen is behoorlijk moeilijk en kan soms frustrerend zijn. Dus, om verspilling van tijd en materiaal te voorkomen, print en test je eerst de verbindingen voordat je het hele model print.

In deze situatie kunt u met een proefafdruk de toleranties testen en ze dienovereenkomstig aanpassen voordat u het definitieve model afdrukt. Het kan een goed idee zijn om dingen te verkleinen voor het testen als uw oorspronkelijke bestand vrij groot is.

Gebruik de juiste bouwrichting

De laagrichting bepaalt in grote mate de sterkte van FDM-geprinte onderdelen.

Voor het beste resultaat print u de lagen van de connectoren parallel aan de verbinding. Dus in plaats van de connectoren verticaal omhoog te bouwen, bouwt u ze horizontaal over de bouwplaat.

Om u een idee te geven van de sterkteverschillen die optreden bij oriëntatie, kunt u de video bekijken waarin bouten en schroefdraad in verschillende richtingen worden 3D-geprint.

Dat is alles wat ik voor u heb over het printen van verbindingsverbindingen en in elkaar grijpende onderdelen. Ik hoop dat dit artikel u helpt de perfecte verbinding te printen en uw creatieve mogelijkheden uit te breiden.

Veel succes en succes met printen!