3D-друковані деталі можна покращити, використовуючи з'єднувальні з'єднання та блокування деталей у конструкції, але вони можуть бути складними для розмірного 3D-друку. Після кількох невдач з 3D-друком цих деталей я вирішив написати статтю про те, як правильно їх друкувати.

Для 3D-друку з'єднань і деталей, що з'єднуються, слід переконатися, що принтер відкалібрований належним чином, щоб не було недостатнього або надмірного видавлювання, що забезпечить кращу точність розмірів. Потрібно залишити достатню кількість простору і зазору між двома деталями. Для досягнення найкращих результатів використовуйте метод спроб і помилок.

Крім того, щоб успішно надрукувати ці деталі, вам також потрібно буде дотримуватися деяких важливих порад щодо дизайну, якщо ви створюєте ці моделі самостійно.

Це основна відповідь на питання про те, як 3D-друкувати з'єднувальні з'єднання та деталі, але в цій статті ви знайдете більше інформації та порад щодо дизайну, які стануть вам у пригоді. Отже, продовжуйте читати, щоб дізнатися більше.

Що таке суглоби?

Щоб найкраще пояснити, що таке з'єднання, візьмемо це визначення з деревообробки. З'єднання - це місце, де дві або більше частин з'єднуються разом, утворюючи більший, складніший об'єкт.

Хоча це визначення походить з деревообробки, воно все ще підходить для 3D-друку. Це тому, що ми використовуємо з'єднання в 3D-друку, щоб з'єднати дві або більше частин разом, щоб створити більший об'єкт з більш складною функціональністю.

Наприклад, ви можете використовувати з'єднання як точки з'єднання декількох деталей у збірці. Ви можете використовувати їх для з'єднання деталей, занадто великих, щоб надрукувати їх на 3D-принтері як один об'єкт.

Ви навіть можете використовувати їх як засіб, що дозволяє певний рух між двома іншими жорсткими частинами. Отже, ви бачите, що з'єднання - це чудовий спосіб розширити ваші творчі горизонти в 3D-друці.

Які типи 3D-друкованих з'єднань існують?

Завдяки 3D-художникам, які продовжують розширювати межі дизайну, існує безліч типів з'єднань, які можна надрукувати на 3D-принтері.

Ми можемо умовно розділити їх на дві категорії: з'єднання з блокуванням і з'єднання із застібкою. Давайте розглянемо їх.

Блокувальні з'єднання

Замкові з'єднання популярні не тільки в деревообробці та 3D-друку, а й у каменярстві. Ці з'єднання покладаються на силу тертя між двома сполученими деталями, щоб утримувати з'єднання.

Конструкція замкового з'єднання передбачає наявність виступу на одній частині. На іншій частині є паз або канавка, в яку входить виступ.

Сила тертя між обома частинами утримує з'єднання на місці, зазвичай зменшуючи рух між двома частинами, тому з'єднання є щільним.

Коробчасте з'єднання

Коробчасте з'єднання - одне з найпростіших з'єднань. Одна частина має ряд пальцеподібних виступів у формі коробки на кінці. На іншій частині є коробчасті заглиблення або отвори, в які вставляються виступи. Потім ви можете з'єднати обидва кінці разом, щоб отримати безшовне з'єднання.

Нижче наведено чудовий приклад замкового з'єднання, яке буде дуже важко роз'єднати.

З'єднання типу "ластівчин хвіст

З'єднання типу "ластівчин хвіст" - це невелика варіація коробчатого з'єднання. Замість коробчастих виступів його профіль має більш клиноподібну форму, що нагадує хвіст голуба. Клиноподібні виступи забезпечують краще, більш щільне прилягання за рахунок підвищеного тертя.

Ось з'єднання типу "ластівчин хвіст" у дії з коробкою Impossible Dovetail Box від Thingiverse.

Шпунтові з'єднання

Шпунтові з'єднання - це ще один різновид коробчатого з'єднання. Ми можемо використовувати цей тип з'єднання для з'єднань, які потребують розсувного механізму та інших рухів в одному напрямку.

Профілі точок з'єднання подібні до профілів коробчастих з'єднань або з'єднань типу "ластівчин хвіст". Однак у цьому випадку профілі більш витягнуті, що дає сполученим деталям відносну свободу ковзання між собою.

Ви можете знайти чудову реалізацію цих з'єднань у дуже популярних модульних шестигранних шухлядах під назвою The HIVE.

Як бачите, помаранчеві відсіки вставляються всередину білих контейнерів, утворюючи шпунтове з'єднання, яке призначене для направлених рухів.

3D-друк розсувних деталей має сенс для певних конструкцій, тому все залежить від проекту та експлуатації в цілому.

З'єднання Snap-Fit

Затискні з'єднання - це один з найкращих варіантів з'єднання для пластмас або 3D-друкованих об'єктів.

Вони формуються за рахунок замикання або згинання деталей, що з'єднуються, в положення, коли вони утримуються на місці за рахунок взаємодії між блокувальними елементами.

Отже, ви повинні спроектувати ці з'єднувальні елементи таким чином, щоб вони були достатньо гнучкими, щоб витримувати навантаження при згинанні. Але, з іншого боку, вони також повинні бути достатньо жорсткими, щоб утримувати з'єднання на місці після з'єднання деталей.

Консольні фітинги з застібкою

Консольна защіпка використовує гачковий з'єднувач на кінці тонкої балки однієї з деталей. Ви стискаєте або відхиляєте його і вставляєте в утворену щілину, щоб закріпити її.

Інша частина має заглиблення, в яке вставляється гачковий з'єднувач і замикається, створюючи з'єднання. Як тільки гачковий з'єднувач вставляється в порожнину, він відновлює свою початкову форму, забезпечуючи щільне прилягання.

Прикладом цього може бути багато конструкцій, які ви бачите на Thingiverse, наприклад, модульний дирижабль Snap-Fit. Його деталі сконструйовані таким чином, що їх можна просто закріпити на місці, а не приклеїти.

У відео нижче показано чудовий посібник зі створення простих кейсів на застібках у Fusion 360.

Кільцеві затискні фітинги

Кільцеві замикаючі з'єднання зазвичай використовуються на деталях з круглим профілем. Наприклад, одна деталь може мати гребінь, що виступає по колу, в той час як її сполучна деталь має паз, вирізаний в ободі.

Коли ви притискаєте обидві деталі під час складання, одна з них прогинається і розширюється, поки гребінь не потрапляє в паз. Як тільки гребінь потрапляє в паз, частина, що прогинається, повертається до свого початкового розміру, і з'єднання завершено.

Прикладами кільцевих замикаючих з'єднань є кульові та гніздові з'єднання, ковпачки ручок тощо.

На відео нижче показано, як працює кульовий шарнір.

Торсіонні защіпки

Ці типи з'єднань використовують гнучкість пластику. Вони працюють за принципом засувки. З'єднувач з гачком на вільному кінці утримує дві частини разом, зачіпляючись за виступ на іншій частині.

Щоб роз'єднати це з'єднання, можна натиснути на вільний кінець зачепленого з'єднувача. До інших важливих типів з'єднань, які можна надрукувати за допомогою 3D-друку, належать петлі, гвинтові з'єднання, з'єднання жолобів тощо.

Maker's Muse розповідає, як спроектувати петлі для 3D-друку.

Як 3D-друкувати з'єднувальні з'єднання та деталі?

Взагалі кажучи, 3D-друк з'єднань і деталей можна здійснювати двома способами. До них відносяться

• Друк на місці (нероз'ємні з'єднання)
• Окремий друк

Розглянемо ці методи докладніше.

Друк на місці

Друк на місці передбачає друк усіх з'єднаних частин і з'єднань разом у зібраному стані. Як свідчить назва "нероз'ємні з'єднання", ці частини з'єднані між собою з самого початку, і більшість з них часто є незнімними.

Ви можете 3D-друкувати з'єднувальні з'єднання і деталі на місці, використовуючи невеликий зазор між компонентами. Простір між ними робить шари між частинами в з'єднанні слабкими.

Таким чином, після друку ви можете легко скручувати і розривати шари для отримання повністю рухомого з'єднання. За допомогою цього методу ви можете проектувати і друкувати шарніри, кульові з'єднання, з'єднання куль і гнізд, гвинтові з'єднання і т.д.

Ви можете побачити цю конструкцію на практиці у відео нижче. Я зробив кілька моделей з такою конструкцією, і вона працює дуже добре.

Про те, як проектувати з'єднання на місці, я розповім докладніше в наступному розділі.

Ви також можете надрукувати їх, використовуючи розчинні опорні структури. Після друку ви можете видалити опорні структури за допомогою відповідного розчину.

Окремий друк

Цей метод передбачає друк усіх деталей збірки окремо, а потім їхнє складання. Окремий метод зазвичай легше реалізувати, ніж метод друку на місці.

Цей метод можна використовувати для торсіонних, консольних і деяких кільцевих з'єднань із застібкою.

Однак йому бракує свободи дизайну, яку пропонує метод друку на місці. Використання цього методу також збільшує час друку та збірки.

У наступному розділі ми розглянемо, як правильно розробити та реалізувати обидва ці методи для друку з'єднань.

Поради щодо 3D-друку з'єднувальних з'єднань і деталей

Друк з'єднувальних швів і деталей може бути досить складним. Тому я зібрав кілька порад і підказок, які допоможуть вам зробити цей процес безпроблемним.

Успішний 3D-друк залежить як від дизайну, так і від принтера. Тому я розділив поради на два розділи: один для дизайну і один для принтера.

Давайте зануримося в нього.

Поради щодо проектування з'єднань і деталей, що з'єднуються між собою

Виберіть правильний кліренс

Зазор - це простір між сполученими деталями, який є життєво важливим, особливо якщо ви друкуєте деталі на місці.

Більшість досвідчених користувачів рекомендують для початку зазор 0,3 мм. Однак ви можете поекспериментувати в діапазоні 0,2 мм і 0,6 мм, щоб знайти те, що найкраще підходить саме вам.

Хорошим емпіричним правилом є використання подвійної товщини шару, з яким ви друкуєте, як зазору.

Зазор може бути невеликим при друкуванні замкових з'єднань типу "ластівчин хвіст", які не допускають відносного переміщення. Однак, якщо ви друкуєте деталь типу "куля і гніздо" або шарнір, що вимагає відносного переміщення, необхідно використовувати відповідний допуск.

Вибір правильного зазору враховує допуск матеріалу і гарантує, що всі деталі будуть правильно припасовані один до одного після друку.

Використовуйте фаски та фаски

Довгі тонкі з'єднувачі в консольних і торсіонних з'єднаннях часто піддаються значному навантаженню під час з'єднання. Через тиск гострі кути біля їх основи або головки часто можуть служити точками спалаху або осередками утворення тріщин і переломів.

Таким чином, хороша дизайнерська практика полягає в усуненні цих гострих кутів за допомогою фасок і фасок. Крім того, ці закруглені краї забезпечують кращу стійкість до тріщин і переломів.

Роз'єми для друку зі 100% заповненням

Як я вже згадував раніше, з'єднувачі або кліпси в деяких з'єднаннях зазнають високих навантажень під час процесу з'єднання. Друк зі 100% заповненням надає їм більшої міцності та еластичності, щоб протистояти цим силам. Деякі матеріали також є більш гнучкими, ніж інші, наприклад, нейлон або PETG.

Використовуйте відповідну ширину з'єднувальних затискачів

Збільшення розміру цих затискачів у напрямку Z допомагає підвищити жорсткість і міцність з'єднання. Для досягнення найкращих результатів ваші з'єднувачі повинні бути щонайменше 5 мм завтовшки.

Не забудьте перевірити свої дозволи під час пломбування

При збільшенні або зменшенні масштабу моделі значення зазору також змінюються. Це може призвести до того, що посадка буде занадто тугою або занадто вільною.

Отже, після масштабування 3D-моделі для друку перевірте і поверніть зазори до належних значень.

Поради щодо 3D-друку з'єднувальних з'єднань і деталей, що з'єднуються між собою

Ось кілька порад про те, як налаштувати та відкалібрувати принтер для отримання найкращого результату друку.

Перевірте допуск вашого принтера

Різні 3D-принтери мають різні рівні допусків, що, природно, впливає на розмір зазору, який ви оберете для свого дизайну.

Крім того, налаштування калібрування принтера і тип матеріалів, які ви використовуєте під час друку, також визначають остаточний допуск і прилягання деталей.

Тому, щоб уникнути поганого прилягання, я рекомендую надрукувати модель для перевірки допуску (Thingiverse). За допомогою цієї моделі ви зможете визначити допуск вашого принтера і відповідно скоригувати дизайн.

Ви також можете пройти тест на толерантність до муз Makers від Gumroad, як показано у відео нижче.

Я рекомендую ознайомитися з моєю статтею "Як ідеально відкалібрувати електронні ступені екструдера і швидкість потоку", щоб направити вас на правильний шлях.

Спочатку роздрукуйте та протестуйте з'єднання

Друк з'єднувальних швів досить складний і часом може розчаровувати. Тому, щоб не витрачати час і матеріали даремно, перед тим як друкувати всю модель, надрукуйте і протестуйте з'єднання спочатку.

У цій ситуації використання тестового друку дозволить вам перевірити допуски і відповідно відкоригувати їх перед друком остаточної моделі. Якщо ваш вихідний файл досить великий, може бути корисно зменшити його масштаб для тестування.

Використовуйте правильний напрямок збірки

Напрямок шару значною мірою визначає міцність деталей, надрукованих методом FDM.

Для досягнення найкращих результатів друкуйте шари роз'ємів паралельно з'єднанню. Тобто, замість того, щоб будувати роз'єми вертикально вгору, будуйте їх горизонтально впоперек монтажної пластини.

Щоб отримати уявлення про різницю в міцності, яка виникає при орієнтації, ви можете переглянути відео, на якому 3D-друк болтів і різьблення здійснюється в різних напрямках.

Це все, що я можу сказати про друк з'єднувальних швів і деталей, що з'єднуються. Сподіваюся, ця стаття допоможе вам надрукувати ідеальне з'єднання і розширить ваш творчий діапазон.

Щасти вам і приємного друку!