CH - MARKFORGED! DESIGNING FÜR 3D DRUCK – TEIL 1: 3D DRUCK – TESTEINHEITEN UND TOLERANZEN

Willkommen zu unserer neuen Blog-Serie „Design für 3D Druck“ (DF3DP). DF3DP ist eine Blog-Serie, die sich mit Tipps und Tricks zum 3D-Drucken beschäftigt, wenn Sie einen beliebigen 3D-Drucker verwenden, um Kosten, Druckzeit und Material zu reduzieren und gleichzeitig zu zeigen, wie Sie Ihre Teile so herstellen können, wie Sie es möchten.

Wir haben es alle schon erlebt: Sie drucken ein Teil, das Stunden dauert, nur um festzustellen, dass es nicht ganz so passt, wie Sie es wollten, und verschwenden so wertvolle Druckzeit und Material für ein fehlerhaftes Stück. Der 3D-Druck ist ein umständlicher Herstellungsprozess, so dass Sie, sobald Sie Ihr CAD-Modell an den Drucker senden, nicht mehr viel ändern können. Teile können Stunden oder sogar Tage dauern, und wenn Sie eine Frist einhalten müssen, ist ein kompletter zweiter Nachdruck des Teils mit korrigierten Toleranzen manchmal keine Selbstverständlichkeit. Da 3D-Druckteile, die mit FFF (Fused Filament Fabrication) hergestellt wurden, durch thermische Kontraktion schrumpfen, drucken 3D-Drucker oft nicht genau die Maße, die Sie ihnen angeben, so dass die Toleranzen berücksichtigt werden müssen. In diesem Beitrag werde ich Ihnen erklären, wie Sie sicherstellen können, dass die 3D-Drucktoleranzen korrekt sind, bevor Sie das gesamte Teil ausdrucken, nur um festzustellen, dass das gedruckte Bauteil dann nicht passt.

Hier bietet sich das Testen von 3D-Druckteilen an. Ein Unit-Test ist traditionell ein Software-Begriff, der im Wesentlichen testet, dass kleine Code-Schnipsel unabhängig voneinander funktionieren, bevor sie in das vollständige Skript eingebunden werden. Wir werden dasselbe mit dem 3D-Druck machen: kleine, schnelle Segmente von dem, was später in ein größeres Design integriert wird, drucken, um deren Funktionalität zu überprüfen oder zu testen, bevor ein größeres Teil erstellt wird.

 

Markforged 3D Drucker Combat Roboter

Ein 3D-gedruckter Ameisengewicht-Kampfroboter, den ich für den Markforged-Drucker entwerfe.

Ich entwerfe beispielsweise die Oberseite dieses Prototyps eines 3D-gedruckten Kampfroboters im Ameisengewicht, der durch eine Reihe von Schwalbenschwanz-inspirierten Rillen (eine davon ist unten eingekreist) auf die Basis geschoben wird. Beide Teile zusammen benötigen 4 Tage und 7 Stunden für den Druck, also möchte ich einen 3D-Test durchführen, um sicherzustellen, dass die Rillen die richtige Größe haben, bevor ich alles drucke.

 

Markforged 3D Drucker Bauteil Kampfroboter

Auf beiden Seiten des Chassis des Kampfroboters befindet sich eine rot eingekreiste Nut, die die beiden Teile miteinander verbindet.

 

EINEN GUTEN EINHEITSTEST FÜR DEN 3D-DRUCK ENTWERFEN

Ein gut gestalteter Komponententest sollte schnell und einfach zu entwerfen und zu drucken sein (ich strebe normalerweise eine halbe Stunde bis eine Stunde pro Druckauftrag an). Ich modellierte eine einzelne Miniaturversion der Rillenpaare und machte dann Kopien davon mit unterschiedlichen Flächenversatzabständen, die von keinem Versatz bis zu einem Versatz von -0,2 mm auf allen Seiten des Schwalbenschwanzes reichen. Das bedeutet, dass jedes männliche Rillenprofil dünner war als das letzte.

 

Markforged Design Tipps 3D Drucker

Jeder Fingersatz hat eine etwas andere Toleranz, und ich kann das weibliche Sliderprofil an jedem von ihnen testen.

 

Ich fügte auch die Nummerierung hinzu, damit ich mich daran erinnern konnte, welcher Offset-Abstand welcher war, wie im CAD-Screenshot unten gezeigt:

MArkforged Offset 3D Drucker

Mit diesem 3D-Test kann ich herausfinden, welcher Offset am besten funktioniert.

 

TESTEN DES GEDRUCKTEN 3D-UNIT-TESTS

Denken Sie daran, Ihren Unit-Test in der Ausrichtung zu drucken, mit der das letzte Teil gedruckt wird, damit Sie den Test so genau wie möglich durchführen können. Der Druck dauerte nur 1 Stunde und 15 Minuten, viel schneller als das Drucken des gesamten Roboterchassis mit nicht gut funktionierenden Rillen.

Markforged 3D Drucker Test

Der 3D-Drucktest für die Nutenführung

 

Um es zu testen, schiebe ich einfach das weibliche Rillenprofilstück auf jedes männliche Profil, beginnend mit dem größten Flächenversatz (-0,2 mm) und arbeite mich bis zu einem Versatz von 0,0 mm vor.

 

Testen des gedruckten 3D-Unit-Tests. Die Toleranz von -0,05 mm passte so, wie ich es wollte.

Testen des gedruckten 3D-Unit-Tests. Die Toleranz von -0,05 mm passte so, wie ich es wollte.

 

Das Offset-Profil mit -0,2 mm war sehr locker – ich will nicht, dass die Oberseite des Roboters einfach abrutscht. Die männlichen Profile mit -0,15 mm und -0,1 mm waren ordentlich, aber nicht so gut, wie ich sie mir wünsche. Der Versatz von -0,05 mm war genau richtig – er war so eng, dass er sich nicht so leicht abschlagen ließ, und ich konnte ihn mit etwas Druck abstreifen. Das Endprofil, 0,0 mm versetzt, war für meinen Geschmack etwas zu eng. Jetzt kann ich den Versatzwert von -0,05 in mein endgültiges Design eingeben, und ich bin sicher, dass er nur so rutschen wird, wie ich es will. Es gibt noch ein paar weitere Features, die das Oberteil tatsächlich verriegeln, aber die Rillen, die die beiden Teile verbinden, waren die Toleranzen, von denen ich mir nicht sicher war.

 

Markforged 3D Drucker

Hinzufügen der endgültigen Offsetbemaßung zum 3D-gedruckten Kampfroboter.

 

WEITERE EINSATZMÖGLICHKEITEN VON UNIT-TESTS

Unit-Tests sind wirklich wertvoll für alle Arten von Toleranzen, auch wenn Sie nur ein gutes Gefühl dafür bekommen wollen, wie sich Ihr Drucker unter bestimmten Bedingungen verhält. Um z.B. ein Gefühl für die Toleranzen von Bohrungen auf einem bestimmten 3D-Drucker zu bekommen, können Sie so etwas drucken:

Toleranzen Test Markforged

Mit einem solchen Lochtoleranztest können Sie die Genauigkeit Ihres Druckers und die Toleranz, die Sie für Schraubenlöcher einhalten müssen, ermitteln, indem Sie die entworfenen Lochgrößen mit ihren tatsächlichen Abmessungen vergleichen.

 

Sie können dann die Lochgrößen messen und den gemessenen Wert mit dem in Ihrem CAD-Modell gemessenen Wert vergleichen, so dass Sie einen guten Eindruck von der Bohrungstoleranz bekommen, die Sie in jeder Ebene auf den zu druckenden Teilen lassen müssen. Sie können diesen Test dann als Referenz für zukünftige Konstruktionsarbeiten verwenden und er kann Ihnen helfen, nicht nur ein, sondern viele 3D-Druckteile zu entwerfen.

 

Außerdem können Sie mit unserem Drucker noch einen Schritt weiter gehen: Sagen wir, Sie müssen das ganze Roboterchassis ausdrucken, aber Sie wollen sicherstellen, dass alle Komponenten hineinpassen, bevor Sie sich entschließen, den Rahmen mit Kohlefaser zu verstärken. Sie können einen so genannten 3D-Print-Fit-Prototypen erstellen, um zu testen, ob alle Ihre Komponenten in Ihre 3D-Druckteile passen (oder umgekehrt), bevor Sie Fasern in den Druck einführen. Dies reduziert wiederum den Materialverlust und die Kosten, so dass Sie die endgültige Geometrie und Form der fasergefüllten Teile testen können, bevor Sie sie drucken.

 

Beleuchtung Kamerea 3D Druck Markforged

Ein 3D-gedruckter Unit-Test für eine 3D-gedruckte Gegenlichtblende. Der dünne Testring zur Bestätigung, dass er in das Objektiv einrastet, benötigte 15 Minuten für den Druck, während die Abdeckung 4,5 Stunden benötigte.

 

DER WAHRE WERT VON UNIT-TESTS:

Sagen wir also, ich habe das ganze Chassis und das Oberteil gedruckt und die Rillentoleranz durcheinander gebracht. Dann müsste ich diese ganze Sache zweimal drucken, oder ich müsste ein paar Stunden damit verbringen, ein ziemlich seltsames kleines geometrisches Feature zu hacken, und niemand will das wirklich tun. Das Feilen oder Schleifen von 3D-Druckteilen, insbesondere wenn es sich um kleine geometrische Strukturen handelt, hinterlässt oft Narben, schlechte Oberflächenbeschaffenheit und kann versehentlich das Objekt beschädigen oder die innere Struktur eines 3D-Druckteils freilegen. Es ist ziemlich offensichtlich, dass das Drucken eines großen Teils nicht so gut ist, wie ein bisschen mehr Designzeit zu investieren und dann ein kleines Teil und ein großes Teil zu drucken, aber hier sind die Zahlen für meinen Roboter, falls Sie noch nicht von 3D-Unit-Tests überzeugt sind:

 

Markforged Zeit Test

Der Unit-Test fügt nur einen Bruchteil der Zeit hinzu, ohne Nachbearbeitung

 

Unit-Tests sind für große 3D-Druckteile von entscheidender Bedeutung, wenn sie gleich beim ersten Versuch passen sollen. Nachbearbeitung ist ein Prozess, mit dem sich die meisten Menschen beim 3D-Druck beschäftigen, sei es beim Schleifen von Oberflächen, beim Bohren von Löchern oder beim Abfeilen von falsch bemaßten Fugen. Auf einem Drucker, der so zuverlässig und präzise ist wie der Mark Two, muss die Nachbearbeitung kein Schritt sein, den Sie machen müssen, und mit Unit-Tests können Sie sicherstellen, dass Ihre Teile so herauskommen, wie Sie es wünschen. Der Test wurde von Alex Crease, Markforged Mitarbeiter durchgeführt.

Wenn Sie diese Tests selbst ausprobieren möchten, können Sie sie hier herunterladen.

 

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