MMF # 5:Guía para incrustar componentes en piezas impresas en 3D

Markforged Mechanical Features [MMF] es una serie de publicaciones de blog que detallan las mejores prácticas para diseñar piezas de ingeniería tradicionales comunes y características mecánicas para la impresión 3D reforzada con compuestos con impresoras Markforged.

La semana pasada, exploramos la sobreimpresión de tuercas como un método para conexiones sólidas dentro de sus piezas impresas en 3D de resistencia industrial. En esta publicación, daremos un paso más:mediante el uso de la sobreimpresión para diseñar piezas de varios materiales cuando se necesitan diferentes materiales en diferentes componentes de una pieza. Como breve descripción general, el proceso de sobreimpresión es bastante simple. Inicia una impresión, la detiene a la mitad, incrusta componentes en el trabajo de impresión 3D y luego reanuda la impresión, lo que le permite imprimir en 3D sobre los componentes que ha incrustado.

Esto podría usarse para desarrollar un producto más integrado, con componentes electrónicos incrustados en piezas impresas en 3D, podría usarse cuando se necesitan dos materiales en el mismo componente para las propiedades deseadas del material o, en el caso que explicaré a continuación, puede utilizarse para crear prototipos de piezas que se fabricarán con procesos de fabricación más costosos antes de comprometerse con grandes cantidades de lotes. Para esta publicación, diseñé un par de alicates impresos en 3D con mordazas personalizables y un agarre ergonómico.

Para este par de alicates, quería un cuerpo rígido, pero agarres cómodos. El Onyx es un poco áspero para los agarres pero bastante rígido (especialmente con refuerzo de fibra), así que usé Onyx y fibra de vidrio para imprimir en 3D el cuerpo de los alicates y las mordazas de los alicates y un agarre de nailon impreso en 3D cómodo y resistente.

El diseño para sobreimpresión se ramifica fundamentalmente del diseño al ensamblaje:¿cómo puede hacer que el ensamblaje de componentes sea fácil y rápido? Debido a que está incrustando componentes a mitad de impresión, y la impresora necesita una superficie plana para imprimir y el cabezal de impresión no debe cruzarse con la pieza que se está incrustando, el diseño para la sobreimpresión se reduce a diseñar una buena cavidad. Así que aquí hay una guía sobre el modelado y la impresión 3D de piezas con componentes integrados.

Diseñar el vacío:

Cuando diseñe para sobreimpresión, como mencioné antes, incorporará piezas en un vacío. Cuando comience el diseño de su pieza, debe pensar en qué cara se imprimirá la pieza desde el principio, ya que necesitará saber esto para poder incrustar una pieza correctamente. Para esta parte, quiero incrustar el cuerpo principal de un lado de los alicates en las empuñaduras. Todas estas partes están impresas en 3D, pero solo las empuñaduras tienen que ser para este caso. Si está sobreimprimiendo una pieza, es posible que necesite que encaje completamente dentro de la pieza impresa, o como en el caso de este juego de alicates, es posible que solo desee colocar una sección de la pieza, en cuyo caso necesitará nervaduras. o algún otro tipo de función para mantener la pieza restringida, como se muestra a continuación.

Para crear el vacío, necesitará un buen modelo CAD tanto de la parte que imprimirá en 3D como de la parte que incrustará, luego crear el vacío es tan simple como crear una operación booleana:reste la parte que incrustará del 3D parte impresa. Si la parte que está incrustando tiene bordes superiores fileteados o biselados, esas características deberán eliminarse de la parte que está imprimiendo en 3D; es necesario un techo plano.

En CAD, también deberá verificar las características de la pieza incrustada que se cruzarán con la placa de construcción o el cabezal del extrusor. Si una sección de la pieza que está incrustando sobresale por encima de la cavidad, existe la posibilidad de que la placa de construcción la golpee. Para tener en cuenta esto, debe intentar asegurarse de que la pieza que está incrustando tenga una superficie superior plana, o que la extrusión esté lo suficientemente lejos como para que no haya posibilidad de que la cabeza del extrusor la golpee, teniendo en cuenta todos los movimientos de el cabezal de la extrusora, incluida la puesta a cero y la comprobación de la dislocación. En la impresora 3D compuesta Mark Two, la boquilla de plástico está a unos 35 mm de la parte frontal del cabezal de impresión, por lo que cualquier cosa que aparezca en su parte incrustada más cerca que eso puede ser golpeada por el cabezal de impresión En estos casos, debe orientar su parte de tal manera que la parte incrustada sobresale hacia la parte frontal de la impresora. Si sobresale por el costado o la parte posterior, el cabezal de impresión tiene una mayor probabilidad de golpearlo debido a la forma en que el cabezal de impresión se pone a cero y realiza comprobaciones de dislocación. Por ejemplo, en los alicates que diseñé, las mordazas se elevan más alto que el plano en el que se imprimirá la empuñadura. Las mordazas estaban espaciadas para despejar el cabezal del extrusor, a poco más de 35 mm.

Un paso realmente importante para recordar al diseñar su pieza impresa en 3D es tener en cuenta la tolerancia. Después de haber realizado la operación booleana, deberá compensar cada cara en aproximadamente .08 mm en cada cara para asegurarse de lograr una superficie nivelada con la capa en la que se pausará esta parte. Esto también se aplica a las paredes de la cavidad:si no puede colocar su pieza dentro de la cavidad porque la cavidad es un poco demasiado pequeña, entonces no podrá repararla a menos que imprima una nueva. Es mejor prevenir que curar y diseñar la cavidad un poco más grande.

Si su superficie superior tiene una geometría extraña, deberá diseñar un inserto secundario para agregar a la cavidad para garantizar un ajuste seguro que se forma en la superficie superior de la parte incrustada. Este proceso se explica en la última mitad de la publicación de mi blog de frutos secos incrustados de la semana pasada, y el mismo proceso se puede implementar exactamente para otros componentes. Si prefiere no hacer esto, una forma de evitarlo implica inclinar el techo de la cavidad por encima de la pieza insertada, pero eso significa que el componente, dependiendo de su geometría, puede estar suelto dentro de la pieza impresa en 3D.

Por lo general, al diseñar para sobreimpresión, trato de evitar el uso de material de soporte. Sin embargo, en algunos casos es necesario para el diseño, y eso no es un problema:el material de soporte se puede quitar fácilmente de la cavidad antes de colocarlo en el componente incrustado.

Agregar pausas en Eiger:

En el menú de vista interna de Eiger, puede agregar fácilmente una pausa después de una capa seleccionada, lo que facilita la inserción de piezas en sus componentes impresos en 3D. Busque la capa justo antes de que el techo de la cavidad comience a imprimirse y haga clic en "Pausar después de la capa". En esa capa, puede anotar el tiempo que le llevará llegar a la pausa y usarlo para determinar cuándo registrar su impresión trabajo.

Recuerde, si sus piezas no requieren material de soporte, es una buena idea apagar los soportes. Sin embargo, si lo hacen, ¡está bien! Podrás eliminarlos, como explicaré más adelante.

Cuando oriente su pieza en la placa de construcción, tenga en cuenta la accesibilidad de la pieza. Querrá poder colocar rápidamente la pieza y reanudar la impresión, de modo que oriente su pieza de modo que pueda acceder fácilmente a ella. Para esta parte, la coloqué completamente hacia arriba por el frente para poder encajar fácilmente el cuerpo de los alicates.

Agregar la pieza:

Cuando llega el momento de agregar la pieza a la impresión, el tiempo y la velocidad son clave. Como las impresoras Markforged son máquinas FFF (Fabricación de filamentos fundidos), el plástico se calienta, extruye y enfría. Cuando se enfría, se encoge ligeramente, lo que, si la impresión se detiene el tiempo suficiente, puede causar una adhesión de capa mucho más débil en ese plano. Al colocar una pieza en un trabajo de impresión, desea hacerlo lo más rápido posible para reducir este riesgo. Con Eiger, puede estimar cuándo se detendrá su impresora, para que pueda llegar a tiempo y estar preparado para cuando su impresora se detenga. Como expliqué anteriormente, es posible que se necesite material de apoyo debido a otras características en su diseño. Por ejemplo, este agarre requiere soportes porque tiene una superficie inferior compleja. En mi caso, el vacío que diseñé se llenará con soportes, pero no es un problema; si esto sucede, simplemente puede sacarlos antes de insertar la pieza.

Ahora es el momento de colocar la pieza en la impresión. Por eso las tolerancias son tan importantes. Debe asegurarse de que el componente incrustado esté perfectamente nivelado o ligeramente por debajo de la capa en la que se pausó la impresión. Si está ligeramente elevado, el cabezal de impresión se atascará contra el componente integrado y estropeará toda la impresión, o el filamento se atascará al intentar imprimir sobre el componente.

Cuando una impresión se detiene en la impresora 3D Markforged, el cabezal de impresión se aparta, lo que le permite quitar fácilmente la placa de impresión de la impresora y agregar su pieza. La placa de impresión acoplada cinemáticamente garantiza que la plataforma de impresión se vuelva a colocar en su lugar cuando desee continuar.

Si está agregando un componente que no es una pieza impresa en 3D con Markforged, deberá agregar una capa de pegamento a la superficie superior de la pieza. Este pegamento normalmente se coloca en la placa de construcción al comienzo de una impresión para ayudar con la adhesión de la placa de construcción, y en este contexto lo estamos usando exactamente por las mismas razones:el nailon se adherirá mejor a la superficie superior de la pieza.

Y después de imprimir dos de estos y colocar un pequeño alfiler en la unión, ¡ahora tengo un par de alicates impresos en 3D con mordazas intercambiables personalizables y agarres ergonómicos!

Si desea hacerlos usted mismo, aquí están los archivos:

Alicates y pin MFP (requiere Onyx y fibra de vidrio)

Puños MFP (requiere nailon)

MFP JAW personalizado (requiere nailon)

Alicates STL

Pin STL

Agarre STL

Mordaza personalizada STL

Otras aplicaciones:

Las aplicaciones de la sobreimpresión varían mucho porque le permite crear ensamblajes completamente integrados que no podrían haberse creado de otra manera. Si bien este ejemplo representa la incrustación de una sección de un componente para crear un agarre ergonómico, también puede incrustar componentes completos y se aplican las mismas reglas. Por ejemplo, es posible que desee crear un prototipo de una pieza que eventualmente se sobremoldeará, o tal vez desee crear una pieza con componentes electrónicos integrados para un sistema electromecánico integrado. Es posible que desee incrustar tuercas o cojinetes ocultos en una pieza impresa en 3D, o crear una construcción multimaterial con una sola impresora 3D extrusora de plástico. Si ha probado la sobreimpresión e incrustación de componentes en piezas impresas en 3D, ¡compártalo con nosotros en Twitter, Instagram o Facebook!