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Markforged Mechanical Features [MMF] ist eine Reihe von Blog-Posts, in denen die besten Verfahren für die Entwicklung herkömmlicher technischer Teile und mechanischer Funktionen für den kombinierten, verstärkten 3D-Druck mit Markforged-Druckern beschrieben werden.
Die meist verwendeten Kunststoffe im 3d Druck sind nicht die besten für 3D-Druckgewinde oder sogar Gewinde in unterdimensionierten Löchern wegen der Materialbeschränkungen der Teile – viele bedruckte Kunststoffe haben eine geringe Materialstreckgrenze im Vergleich zu Metallen, in denen man normalerweise Gewinde finden würde, und die geringe Größe der meisten Gewinde bedeutet, dass viele Drucker einige Probleme haben werden, sie direkt zu drucken. Dies hat zur Folge, dass 3D-gedruckte oder geschnittene Gewinde in der Regel sehr schnell verschleißen, und selbst mit der Faserverstärkung der Mark Two werden die Gewinde aufgrund ihrer Größe keinen Einfluss auf die Festigkeit haben. Metallgewinde sind wesentlich präziser und zuverlässiger im Vergleich zu Kunststoffgewinden.
Wir haben darüber nachgedacht, wie Sie dies zuvor vermeiden können, indem Sie Ihren 3D-bedruckten Kunststoffen mit thermofixierten Gewindeeinsätzen etwas Metall hinzufügen. Der Einsatz schmilzt, sodass sich der Kunststoff um das Teil zieht und es dadurch etwas stärker und sicherer macht. Dies ist jedoch nicht immer eine gute Option – während die Einsätze funktionieren, haben sie einige konstruktive Einschränkungen – die Einsätze müssen sich auf der Vorderseite eines Teils befinden und ihre Zugfestigkeit kann nicht über die Materialeigenschaften des den Einsatz umgebenden Kunststoffs hinaus verstärkt werden.
Hierfür gibt es jedoch Workarounds in Form von Überdrucken. Diese Technik hat einige Namen: Überdrucken, Co-Processing und eingebetteter Druck sind nur einige davon. Das Verfahren ähnelt dem Umspritzen im Spritzguss- und Gießverfahren, bei dem Teile in die Form eingelegt werden und der Kunststoff oder Gummi um sie herum gegossen wird – so entstehen beispielsweise Rollerräder. Die Gummireifen sind um die Metallnaben herum gegossen.
Überblick
Diese Technik können wir auch im 3D-Druck nutzen – indem wir externe Komponenten während einer Pause in einen Druck einbetten. Dieses Verfahren ermöglicht es Ihnen, einige makellose, nicht herstellbare Baugruppen zu fertigen. Durch das Einbetten von Muttern in 3D-Druckteile können wir mehr Material zwischen Schraube und Mutter einbringen, als es mit einem Einsatz möglich wäre, um die Mutter zu verstecken und die Zugfestigkeit zu erhöhen. Wir können sogar die Schichten verstärken, indem wir die Mutter weiter mit Fasern verstärken, was starke, versteckte Schraubverbindungen innerhalb Ihrer industrietauglichen 3D-Druckteile ermöglicht. Der grundlegende Designprozess besteht darin, einen Hohlraum in der Größe der eingebetteten Mutter, die Sie in das 3D-Druckteil einfügen möchten, zu entwerfen, den Druck kurz vor dem Drucken der oberen Schicht des Hohlraums anzuhalten, Ihre Komponente hinzuzufügen und den Druck fortzusetzen.
Gestaltungsrichtlinien:
1. Toleranzen:
Beim Einbetten von Komponenten in 3D-Druckteile sind die Toleranzen Ihres Druckers das Wichtigste. Beim Mark Two sorgt ein Abstand von 0,05 bis 0,08 mm auf allen Seiten für eine gute Passform. Dies sollte von den gemessenen Abmessungen Ihres Teils sein, nur um sicher zu gehen. Die von einem Hersteller angegebenen Maße haben immer ihre eigenen Toleranzen! Ein zu offener Hohlraum greift nicht in die Außenseite der Mutter ein, so dass Sie keine Schraube eindrehen können. Ist der Hohlraum zu klein, können Sie die Mutter nicht hineinstecken.
2. Die Oberseite:
Die Oberseite des einzubettenden Teils ist ebenfalls sehr wichtig. Wenn die Oberseite des einzubettenden Teils eine flache Oberfläche hat, sollten Sie Ihr Teil so gestalten, dass der Drucker direkt darüber druckt, in diesem Fall sollten Sie vielleicht etwas Kleber auf die Oberseite Ihres Teils auftragen. Wenn die Oberseite des Teils nicht flach ist, müssen Sie einen Hohlraum entwerfen, der die Oberseite des Teils beim Drucken nicht berührt. In jedem Fall MUSS sich die Oberseite des einzubettenden Teils unter dem Druckkopf befinden, sobald es in das 3D-Druckteil eingesetzt wird, sonst ist der Druckkopf betroffen und kann in ihn hineinlaufen. Eines der wichtigsten Dinge, die Sie bei der Gestaltung Ihres Teils beachten sollten, ist, von welcher Seite es gedruckt wird und wo die Pause sein wird.
3. Stützmaterial:
Im Idealfall wollen Sie beim Einbetten von Teilen keine Stützen verwenden, da diese im Weg stehen. Sollten Sie jedoch aufgrund anderer Merkmale des Teils dazu gezwungen sein, müssen Sie diese während der Pause entfernen, bevor Sie die Mutter einsetzen, und sicherstellen, dass keine Stützen auf die Mutter gedruckt werden, sobald sie eingebettet wurde.
4. Auswahl des Muttertyps:
Wenn es darum geht, Muttern in Ihre Konstruktionen einzubetten, sind Vierkantmuttern eigentlich viel besser für diese Anwendung geeignet, da sie die Innenflächen der Vertiefung weniger stark abtragen, wenn Sie sie zu stark anziehen. Allerdings sind Sechskantmuttern viel gebräuchlicher und bekannter, daher werde ich in diesem Beitrag in erster Linie Sechskantmuttern verwenden, denn wahrscheinlich ist es das, womit Sie vertraut sind. Wenn Sie wirklich in dieses Thema einsteigen wollen, sind Vierkantmuttern eine gute Investition.
Einbetten von Muttern in die XY-Ebene
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Entwurf des Hohlraums:
Die Gestaltung des Hohlraumes für Ihre Mutter ist ziemlich einfach. Sobald Sie Ihr Schraubenloch entworfen haben, bestimmen Sie die Abmessungen der Mutter, die Sie einbetten, und konstruieren Sie den Hohlraum mit dem Schraubenloch als Mittelpunkt. Normalerweise erstelle ich eine Konstruktionsfläche auf einer der beiden Ebenen, auf der der Hohlraum beginnt oder endet, und erstelle darauf eine Skizze.
Als nächstes messen Sie die Mutter, die Sie einbetten wollen, und skizzieren den Hohlraum. In diesem Fall verwende ich eine M5-Sechskantmutter mit einer Breite von 7,85 mm und einer Höhe von 3,85 mm. Ich habe dies direkt mit einem Satz Messschieber gemessen, anstatt das Datenblatt zu verwenden, das besagt, dass es 8 mm x 4 mm sind. Anstatt die Abmessungen der Mutter direkt einzugeben, sollten Sie Toleranzen von ca. 0,05 mm auf jeder Seite berücksichtigen (also 2 x 0,05 addieren, um 0,1 für die volle Durchmessertoleranz zu erhalten). Das würde mir 7,95 mm Breite und 3,95 mm Höhe geben, aber ich möchte hier auf Nummer sicher gehen, also werde ich mir etwas mehr Spielraum geben und auf 8 mm Breite und 4 mm Höhe aufrunden.
Danach wird die Skizze um das berechnete Höhenmaß nach oben gepresst und der Hohlraum ist fertig. Sie wollen keine der Kanten im Inneren der Vertiefung ausfräsen, da dies den Sitz des Teils und die Position der Druckdüse beeinträchtigt – wenn Sie beispielsweise die Deckenkante der Vertiefung ausfräsen, können Sie die Mutter nach der Pause nicht mehr in die Vertiefung einsetzen!
2. Hinzufügen einer Pause:
In Eiger können Sie nach einer bestimmten Ebene eine Pause einfügen. Stellen Sie zunächst sicher, dass Sie die Stützen ausgeschaltet haben (es sei denn, Sie benötigen sie wirklich). Dies können Sie unter “Erweiterte Einstellungen” tun.
Suchen Sie dann, wo in der geschnittenen Datei die Decke des Hohlraums beginnt, und scrollen Sie zu der Ebene DAVOR. Dort können Sie auf “Pause nach Ebene” klicken, um die Pause hinzuzufügen.
Hinzufügen von Fasern:
Um die Auszugskraft Ihrer Mutter zu erhöhen, können Sie Ihr Teil mit Fasern versehen. Sie werden diese auf den Ebenen über oder unter Ihrem Teil hinzufügen wollen. Dies hängt wirklich davon ab, woher Ihre Schraube kommt und wie sie die Mutter belastet. Für weitere Informationen über das effektive Anlegen von Fasern schauen Sie sich diese Serie von Einträgen an. In der Abbildung unten habe ich Fasern zu beiden Seiten der Mutternhohlräume hinzugefügt, um die Halterung zu verstärken. Zur Verstärkung der Hohlraumwände können auch die Schichten, aus denen die Seiten der Mutter bestehen, mit Fasern versehen werden. Stärkere Wände bedeuten eine sicherere Mutter, die sich weniger leicht lösen kann.
4. Drucken des Teils:
Jetzt ist es Zeit für den Druck. Glücklicherweise können Sie herausfinden, wann der Drucker anhalten wird, indem Sie sich die Ebenendetails in Eiger ansehen, so dass Sie nicht warten müssen. Sobald die Pause eintritt, schieben Sie einfach Ihre Komponente hinein und setzen Sie den Druck fort. Wenn Sie sich Sorgen machen, dass das Nylon oder Onyx nicht an der Oberseite der eingebetteten Komponente haftet, fügen Sie einfach etwas von dem Plattenkleber hinzu, den wir auf der Oberseite bereitstellen, bevor Sie den Druck wieder aufnehmen (achten Sie jedoch darauf, dass Sie keinen Klebstoff auf den Druck selbst bekommen – dies kann zu Schichtablösungen führen). Wenn Sie einige Muttern haben, die von der Vorderseite des Druckers schwer zu erreichen sind, keine Sorge! Glücklicherweise rastet die kinematische Kupplung auf der Unterseite der Montageplatte mit einer Genauigkeit von 10 Mikron wieder ein, so dass Sie die Montageplatte einfach abnehmen und wieder anbringen können, sobald Sie alle Ihre Komponenten eingebettet haben.
5. Umgang mit Stützmaterial und komplizierteren Formen (falls erforderlich):
Wenn Sie aufgrund anderer Merkmale in Ihrem Teil Stützmaterial verwenden müssen, können Sie es mit einer Spitzzange herausziehen, wenn der Druck angehalten wird. Dies funktioniert jedoch nur, wenn Ihr Hohlraum eine flache Deckenfläche hat. Wenn Sie Teile mit komplexeren Oberflächen einbetten, können Sie möglicherweise kein Stützmaterial verwenden. Entweder müssen Sie sich auf gewölbte oder abgewinkelte Überhänge verlassen, um den inneren Hohlraum frei zu halten, oder Sie drucken ein zweites Stück zum Einbetten mit einer flachen Oberfläche, um das Entfernen des Stützmaterials zu erleichtern. Dieser Prozess wird im Folgenden erläutert.
Drucken von sekundären Teilen zum Einbetten von Muttern in andere Ebenen
Das Hinzufügen von eingebetteten Muttern auf anderen Ebenen ist möglich, aber ein wenig mehr Designbetrachtung ist erforderlich, so dass das Abnehmen der Stütze einfach ist und die Muttern innerhalb des Teils festgehalten werden. Dazu muss eine Sekundärkomponente entworfen werden. Als Beispiel möchte ich eine Sechskantmutter so in dieses Teil einbetten, dass ihre Achse parallel zur Montageplatte verläuft, wie im Querschnitt unten gezeigt. Eine Vierkantmutter wäre die einfache Lösung, weil sie eine flache Oberfläche zum Bedrucken bietet, aber ich führe das Beispiel durch. Wenn ich diesen Hohlraum so lasse, wie er ist, kann der Faden den Spalt nicht sehr gut überbrücken, und jegliches Stützmaterial in diesem Bereich muss entfernt werden.
Ich könnte einen abgewinkelten Überhang in den Hohlraum einbauen, aber das bedeutet immer noch, dass ich kein Stützmaterial verwenden kann, da es sich schlecht über der Mutter ausfüllt, und es bedeutet, dass die Mutter in der Lage sein wird, innerhalb des Hohlraums zu rutschen, was es viel schwieriger macht, sie zu sichern, wenn man eine Schraube durch sie schraubt.
Stattdessen kann ich ein zweites Teil zum Drucken hinzufügen, eine Funktion, die die Mutter sichert und dem Drucker eine flache Oberfläche zum Bedrucken bietet. Dazu fertige ich eine Mutterhöhle mit flacher Spitze an:
Und dann erstellen Sie ein kleines Stück, das den verbleibenden Raum in diesem Hohlraum ausfüllt, so dass ein wenig Toleranz auf der Oberseite und den Seiten bleibt, nur um sicher zu sein.
Dieses kann neben dem Hauptbestandteil gedruckt werden, so dass, wenn der Druck pausiert, ich die Mutter und die sekundäre Komponente während der Pause einfügen kann, und dann kann der Druck über die flache Oberseite des sekundären Druckteils fortgesetzt werden, wie bei dieser abgewinkelten Vierkantmutter unten:
Mit der gleichen Methode können Sie Muttern auch in anderen Winkeln einbetten, aber Sie müssen sicherstellen, dass Sie Platz zum Einschieben der Mutter haben. Das kleine, dreieckige Stück fixiert im unteren Schnittbild eine Vierkantmutter schräg im Druckteil:
Mit dieser Technik können Sie Muttern in jedem Winkel auf jeder Ebene in 3D-Druckteilen befestigen, und sie ist auch nicht auf Muttern beschränkt – finden Sie heraus, wie das Einbetten von Muttern und anderen Komponenten für Sie am sinnvollsten ist, und vergessen Sie nicht, diese mit uns auf Twitter, Facebook oder Instagram zu teilen!
Artikel geschrieben von Alex Crease, Markforged
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