Carpintería impresa en 3D:simplificación del montaje

La carpintería es un término que se encuentra generalmente en la carpintería, y se refiere a la práctica de unir dos piezas de madera mediante su restricción geométrica. Una buena carpintería proporciona conexiones sólidas con poca o ninguna ayuda de sujetadores como clavos o tornillos. La carpintería es útil porque asegura una fuerte conexión con un proceso de ensamblaje menos complicado. Sin embargo, generalmente involucra formas complicadas que requieren tiempo para diseñar y crear, mientras que los pernos y tornillos solo requieren un orificio y un sujetador fabricado en serie.

La impresión 3D se encuentra en una posición interesante como método de fabricación porque la impresión de geometrías complicadas a menudo no es más cara que la impresión de un bloque. En cambio, la impresión FDM está limitada por las propiedades del material y el proceso de construcción en capas. Por lo tanto, diseñar para impresión 3D requiere una nueva mentalidad, y parte de esa mentalidad es aprovechar la libertad geométrica de una impresora 3D para reducir la complejidad y el costo del ensamblaje final. Una forma de hacerlo es mirar la carpintería inventada para trabajar la madera y el moldeo por inyección y aplicarla a las limitaciones de la impresión 3D. En este blog, analizo cómo aprovechar las uniones simples como las colas de milano y los ajustes a presión para mejorar sus diseños impresos, complementado con algunos ejemplos.

Colas de milano

Cuando se trata de restringir dos partes, muchas personas piensan en ángulos rectos. Y esto es eficiente, especialmente cuando se piensa en mecanizar; Los ángulos rectos son generalmente mucho más fáciles y rápidos de hacer que los ángulos impares, requiriendo menos configuraciones y sin bits especiales o tablas de indexación. Para una impresora 3D, sin embargo, las colas de milano y las paredes rectas son todas iguales. Sin esfuerzo adicional, puede limitar otro grado de libertad. Esto es útil en todas partes, ya sea que desee un ensamblaje deslizante o una junta en T sin sujetadores.

Cuando piense en ángulos, tenga en cuenta que la forma de cola de milano establecida no es la única aplicación. La caja deslizante de dos partes que se muestra arriba logra la misma sujeción que una cola de milano, pero se parece más a una placa con lados en ángulo. Esto le permite deslizarse junto con la otra mitad de la caja fácilmente, e incluso incluye un pequeño retén al final para cerrarla. Esta forma sería muy difícil de fabricar por la mayoría de los otros medios, pero se imprimió en el Mark Two sin materiales de soporte y logró un gran ajuste y acabado de superficie en el primer intento.

Consulte nuestra Guía de diseño de materiales compuestos

Explorar aún más la geometría en ángulo en general puede ayudar en la impresión 3D. Por ejemplo, imprimir un perfil en V lateral, que se muestra a continuación a la izquierda, puede crear una restricción que sería difícil de mecanizar, pero es trivial de imprimir. Mientras tanto, una unión de lengüeta y ranura clásica, como se muestra a la derecha, es difícil de hacer para la mayoría de los impresores debido al voladizo que crea. Este voladizo da como resultado una cara inferior mal soportada con mala precisión dimensional, y debe evitarse si es posible.

Ajustes a presión

Un método comúnmente utilizado para unir piezas moldeadas por inyección de manera económica es con ajustes a presión. Estas son buenas formas para los plásticos porque se mantienen dentro de las limitaciones geométricas de la fabricación de moldes y utilizan la capacidad del plástico para deformarse elásticamente y luego volver a tomar forma. Debido a que los ajustes a presión están diseñados para plástico, se adoptan fácilmente para la impresión 3D ... en el plano XY. La mayoría de los usuarios de impresoras 3D saben que los objetos impresos en impresoras FDM de escritorio son significativamente más susceptibles a fallas en la tensión a lo largo del eje Z (apuntando hacia afuera de la placa de construcción) que en X e Y, debido a los límites entre capas. Dado que los ajustes a presión generalmente tienen secciones transversales delgadas (para reducir el momento de flexión del clip), los ajustes a presión impresos en 3D deben imprimirse "colocados" en la placa de construcción, para que no corran el riesgo de cortarse después de un uso repetido.

Este diagrama muestra una visualización exagerada de las capas de un ajuste a presión impreso. Cuando se imprime en posición vertical (en la imagen de la izquierda), las fuerzas que desvían el ajuste a presión también ejercen tensión entre las capas, lo que hace que sea mucho más probable que se rompa. Impreso en su parte posterior (en la foto en el centro), un ajuste a presión definitivamente será más fuerte, pero aún tiene un plano de corte entre el diente y el brazo. Sin embargo, impreso de costado (en la imagen de la derecha), el ajuste a presión no tiene límites de capa dentro de su sección transversal, lo que le da una resistencia más predecible. Y, si el ajuste a presión es lo suficientemente grande, imprimirlo de lado permitiría enrutar la fibra hacia el diente, utilizando así toda la resistencia de una pieza forjada con Mark. Esta misma regla se aplica a los dientes de engranajes, dientes de trinquete y cualquier otra protuberancia que necesite soportar una carga significativa.

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Tenga en cuenta también que los ajustes rápidos pueden tomar muchas formas según la aplicación, y que el diseño y la orientación del ajuste rápido pueden cambiar según su proyecto. En particular, los ajustes a presión que salen de la impresora 3D no están limitados por espesores o formas de molde, por lo que puede ser creativo con el lugar donde los coloca (ver más abajo). Las impresoras hacen que la creación de prototipos sea rápida y sencilla, así que pruebe algunas geometrías antes de decidirse por la forma final.

Montaje:soporte para teléfono

Para exhibir ajustes deslizantes y mecanismos a presión, diseñé este soporte para teléfono celular que se engancha sobre el capó del Mark Two y sostiene cualquier teléfono celular entre 2.5 y 4 pulgadas de ancho, para que un operador pueda tomar un video de lapso de tiempo o monitorear una impresión sensible. .

Este soporte para teléfono tiene solo tres partes, dos interfaces. Una de esas interfaces es una articulación giratoria que actúa como bisagra. Aunque no se parece mucho a una cola de milano, tiene el mismo propósito:permite un ajuste deslizante fácilmente imprimible, gracias a los ángulos complementarios.

La otra interfaz funciona como un trinquete lineal con paredes en ángulo (para evitar que se deslicen) y dientes para ajustar el ancho del soporte. Esta sería una interfaz muy difícil de hacer a máquina por la mayoría de los otros medios, ¡pero fue bastante fácil y rápida de imprimir!

Una nota sobre las tolerancias

Como con cualquier cosa, la carpintería requiere diseñar con sus tolerancias. En la impresora 3D compuesta Mark Two, para la mayoría de los propósitos generales, un espacio de .08 mm entre cada pared (.16 mm diametralmente) es suficiente para permitir que dos piezas logren un ajuste deslizante de manera consistente. Si una de sus superficies está sostenida por material de soporte, intente aumentar el espacio a .15 mm más o menos. Por supuesto, las piezas impresas en 3D tienden a variar mucho, así que asegúrese de realizar una prueba unitaria y un prototipo para lograr el ajuste que desea.

Este es solo un pequeño ejemplo de cómo diseñar teniendo en cuenta la carpintería puede conducir a diseños más simples y que se ajusten mejor a su impresora 3D. Cuando encuentre buenas juntas para imprimir, envíenos un tweet a @MarkForged para compartir sus diseños.