MMF #1:Bennett를 사용한 3D 인쇄 리빙 힌지

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원본: MarkForged 기계적 기능[MMF]은 MarkForged 프린터를 사용한 복합 강화 3D 인쇄를 위한 일반적인 기존 엔지니어링 부품 및 기계적 기능을 설계하기 위한 모범 사례를 자세히 설명하는 일련의 블로그 게시물입니다.

Markforged 기계 기능의 초판에 오신 것을 환영합니다! Markforged 재료의 기능적 강점을 활용하기 위해 설계에 익숙한 기계적 기능을 3D 인쇄 부품에 통합하는 데 도움을 요청하는 고객의 질문을 정기적으로 받습니다. 이 지식을 전파하는 데 도움이 되도록 특정 엔지니어링 기능에 대한 기사를 정기적으로 게시하고 MarkForged 프린터를 최대한 활용하는 방법에 대한 팁과 요령을 제공할 것입니다.

오늘은 리빙 힌지에 대해 이야기하겠습니다. . 가장 기본적인 수준에서 리빙 힌지는 일반적으로 플라스틱으로 만들어진 부품의 얇고 통합된 기계적 특징으로, 플라스틱의 굴곡 변형으로 인해 힌지 같은 기능(단일 축을 중심으로 회전)을 생성합니다. 그것이 약간 기술적인 것이라면 치실 용기의 상단에서 샴푸 병에 이르기까지 다양한 일반 소비자 제품에서 살아있는 경첩을 보았을 것입니다. 이 제품은 후처리 또는 조립 단계를 최소화하면서 뛰어난 견고성과 성능으로 인해 소비재용 사출 성형 포장에 널리 사용됩니다. MarkForged를 사용하면 강력한 3D 인쇄를 통해 설계에 이를 구축할 수 있습니다.

기술 용어 - 이미 리빙 힌지를 사용하는 전문가라면 이 섹션을 건너뛰어도 됩니다.
몇 가지 기본 용어부터 시작하겠습니다. 아래는 잠시 후에 논의할 리빙 힌지 부품의 레이블이 있는 다이어그램입니다.

주목할만한 것은 리빙 힌지와 래치 플렉셔입니다. 둘 다 단일 축을 따라 제한된 회전을 허용하는 유연한 기능입니다. 둘 다 기술적으로 살아있는 경첩이지만 두 가지 다른 기능을 가지고 있으며 다양한 형상이 이를 반영합니다.

3D 인쇄된 리빙 힌지를 보여주기 위해 저는 Markforged에서 동료 기계 엔지니어 중 한 명에게 도움을 요청했습니다. Bennett는 수석 기계 엔지니어이며 이전에 주요 의료 로봇 회사에서 전자 기계 시스템 및 사출 성형 케이스를 설계하는 데 3년을 보냈습니다. 그는 3D 모델링 전문가이자 Solidworks의 일반 닌자이며 3D 인쇄 세계에 하드코어 기계 설계를 도입하는 데 깊은 관심을 가지고 있습니다. 그는 또한 최근 사무실에서 생활 경첩을 디자인하고 있습니다.

베넷: 내 동생(Bay Area의 기계 엔지니어)이 Mark Two에서 디자인한 일부 샘플 부품을 인쇄하도록 요청했기 때문에 리빙 힌지를 인쇄하기 시작했습니다. 그는 스냅과 힌지가 하드웨어 설계의 주요 부분인 소비자 전자 제품에서 일합니다. 일반적으로 이러한 유형의 부품은 초기 형태 및 맞춤 검사로 잘 작동하는 스테레오리소그래피 기반 3D 인쇄 프로세스(SLA)를 사용하여 프로토타입을 만듭니다. 그러나 SLA 인쇄에 사용되는 재료의 취성으로 인해 일반적으로 단일 사이클 후에 힌지가 부러지므로 단일 사용 부품을 효과적으로 생성하고 있습니다. SLA를 사용하면 부품이 여러 구성에서 어떻게 보이는지 시각화할 수 있지만 최종 사용 부품의 기능 시뮬레이션은 허용되지 않습니다. SLA 프로토타입의 대안은 도구를 준비하고 테스트 사출 금형을 촬영하는 것입니다. 이는 비용이 많이 들고 더 중요하게는 리드 타임이 길어 신속한 설계 반복에 적합하지 않습니다. 형은 MarkForged 프린터가 더 나은 옵션인지 궁금하여 인쇄할 몇 가지 예제 부품의 STL 파일을 저에게 보냈습니다. Eiger에서 설정 작업을 시작했고 같은 날 나중에 집에서 Mark Two의 인쇄를 시작했습니다.

형의 부품에 있는 살아있는 경첩으로 작업하면서 Mark Two에서 3D 인쇄된 살아있는 경첩에 대한 다양한 설계 매개변수를 실험하기 시작했습니다. 아래 상자는 형의 3D 모델 파일로 작업하면서 개발한 설계 지침 중 일부를 통합하여 만든 간단한 예입니다.

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닉: 리빙 힌지 인쇄의 가장 중요한 부분 중 하나는 Eiger에서 올바른 부품 방향을 얻는 것입니다. 리빙 힌지는 일반적으로 나일론(더 유연한 힌지의 경우) 또는 케블라 강화 나일론(더 단단하지만 더 높은 하중 지지 힌지의 경우)으로 생산할 수 있지만 어느 경우든 수직 축으로 인쇄해야 합니다. Z 축 방향을 가리키는 경첩의 측면 프로파일. 이 방향을 설명하는 또 다른 방법은 아래 표시된 것처럼 경첩의 전체 측면 프로필이 수평 XY 평면에 있어야 한다는 것입니다.

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그 이유는 이중이고 힌지 강도에 큰 영향을 미칩니다. 첫째, 섬유는 XY 평면에만 놓일 수 있으므로 힌지의 길이를 따라 케블라를 놓으려면 방향이 맞춰져야 합니다. 둘째, 층에 인쇄된 나일론 인장 강도는 나일론의 층간 접착 강도보다 훨씬 큽니다. 이 두 가지 현실 모두 Eiger의 다음 스크린샷에 표시된 방향으로 리빙 힌지를 인쇄해야 하는 필요성으로 이어집니다.

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신규 사용자가 3D 프린팅을 위한 설계를 시작할 때 흔히 직면하는 일반적인 문제는 3D 프린팅 부품의 이방성에 대한 이해를 개발하는 것입니다.

기술 약관

이방성 재료 - 재료 단면의 다양한 축을 따라 종종 기계적이며 방향에 의존하는 재료 특성을 갖는 재료 - 예를 들어 많은 목재는 결선을 따라 쉽게 쪼개지지만 결을 가로질러 부서지거나 절단하기 어렵습니다. 이방성의 좋은 예. 반대는 방향에 관계없이 훨씬 더 균일한 특성을 갖는 많은 금속과 같은 등방성 재료입니다./기술 용어

베넷: 위에서 언급한 Nick처럼 FFF 기술을 사용하면 XY 평면에서 가장 큰 장점을 얻을 수 있으므로 이를 활용해야 합니다. 또한 나일론으로 디자인할 때 내가 가장 좋아하는 것 중 하나는 피로에 강하다는 것입니다. 이 두 가지 요소를 결합하면 리빙 힌지의 최적 방향이 수평 XY 평면에서 힌지 단면을 갖게 됩니다. 경첩을 두껍게 만들면 경첩의 강도가 높아집니다. 이 부분에는 전체 180도 동작이 필요한 뚜껑 경첩과 각도 이동에 대한 요구 사항이 훨씬 더 작지만 딸깍 닫힐 때 뚜껑이 닫힌 상태를 유지해야 하는 래치 경첩이 있습니다. 이러한 요구 사항을 기반으로 덮개 경첩을 가능한 한 얇게 만들고 강성을 위해 래치 경첩의 두께를 늘리고 사용자가 의도적으로 열 때까지 상자가 래치 상태를 유지하도록 촉진했습니다. 저는 뚜껑을 중립 위치(90도 열림)로 모델링하고 래치 힌지가 제자리에 고정되도록 약간 닫혔습니다. 사출 성형된 부품과 마찬가지로 3D 인쇄된 유연한 부품은 상당한 소성 변형을 겪지 않는 한 인쇄된 상태로 돌아가는 경향이 있으므로 원하는 부품의 중립 위치를 설계할 때 이 점을 염두에 두어야 합니다.

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다음은 물건을 아이거로 옮기는 것이었습니다. 경첩이 원하는 방향으로 인쇄되도록 부품을 회전하고 섬유를 켭니다. 부품을 섬유로 완전히 채우도록 설계된 동심원 채우기를 사용하고 전체 부품에 설정을 적용했습니다. Eiger는 섬유를 끼울 공간이 충분하지 않다는 경고를 나에게 주었지만, 이는 내가 섬유 보강에 필요한 최소 두께보다 작게 힌지 자체를 설계했기 때문에 예상된 것이었습니다. 그러나 Mark Two를 사용하면 문제 없이 덮개뿐만 아니라 부품 바닥 전체에 섬유를 끼울 수 있었습니다. 이 부품의 작은 크기 때문에 Mark One에서는 결코 할 수 없었을 것입니다. . 이 부분의 테두리 설정도 켜서 키가 크고 얇은 부분이 초기 레이어에서 완전히 지지되도록 했습니다.

기술 세부 사항

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뚜껑 힌지 두께:0.7mm, 유연성 극대화

래치 힌지 두께:1.2mm, 의도하지 않은 열림을 방지하기 위한 더 큰 강성

최종 인쇄 구성을 선택하기 전에 굽힘 반경이 적절한지 확인하기 위해 열린 위치와 닫힌 위치에서 모델링된 부품

직접 인쇄하고 싶으십니까? Bennett의 Solidworks 파일:Living_Hinges CAD SW 파일
Eiger 지원:Living_Hinges STL