MMF＃1：ベネットを使用した3Dプリントのリビングヒンジ

更新： 曲げ要素とリビングヒンジの設計について詳しく知りたい場合は、曲げ要素とリビングヒンジの設計に関するウェビナーの記録をご覧ください。

元の投稿： MarkForged Mechanical Features [MMF]は、MarkForgedプリンターを使用した複合強化3D印刷の一般的な従来のエンジニアリング部品と機械的機能を設計するためのベストプラクティスを詳しく説明した一連のブログ投稿です。

Markforged Mechanical Featuresの初版へようこそ！マークフォージド素材の機能的な強さを活かすために、設計に慣れている機械的機能を3Dプリント部品に統合するための支援を求めるお客様からの質問が定期的に寄せられています。この知識を広めるために、特定のエンジニアリング機能に関する記事を定期的に投稿し、MarkForgedプリンターを最大限に活用するためのヒントとコツを提供します。

今日は、リビングヒンジについてお話します。 。最も基本的なレベルでは、リビングヒンジは部品の薄くて一体的な機械的特徴であり、一般にプラスチックでできており、プラスチックの曲げ変形からヒンジのような機能（単一軸を中心とした回転）を生み出します。それが少し技術的であるなら、あなたはおそらく、フロス容器の上部からシャンプーボトルまで、さまざまな一般的な消費者製品の生きている蝶番を見たことがあるでしょう。優れた堅牢性とパフォーマンスにより、後処理や組み立ての手順を最小限に抑え、消費者向け製品の射出成形パッケージに広く使用されています。MarkForgedを使用すると、工業用強度の3D印刷で設計に組み込むことができます。

技術用語-すでにヒンジが生きているプロの方は、このセクションをスキップしてください
いくつかの基本的な用語から始めましょう。以下は、後で説明するリビングヒンジパーツの例のラベル付き図です。

注目すべきは、リビングヒンジとラッチのたわみです。どちらも柔軟な機能であり、単一の軸に沿った拘束された回転を可能にします。どちらも技術的には生きているヒンジですが、2つの異なる機能があり、さまざまな形状がこれを反映しています。

3D印刷されたリビングヒンジのデモンストレーションを支援するために、ここMarkforgedの機械エンジニアの1人の助けを借りました。ベネットはシニアメカニカルエンジニアであり、以前は大手医療ロボット会社で電気機械システムと射出成形ケーシングの設計に3年を費やしていました。彼は私たちの3Dモデリングの達人の1人であり、Solidworksの常連の忍者であり、ハードコアな機械設計を3D印刷の世界にもたらすことに深い関心を持っています。彼は最近、オフィスでたくさんのリビングヒンジをデザインしています。

ベネット： 兄（ベイエリアの機械エンジニア）から、マーク2でデザインしたサンプルパーツの印刷を依頼されたため、リビングヒンジの印刷を開始しました。彼は、スナップとヒンジがハードウェア設計の主要な部分である家庭用電化製品で働いています。通常、これらのタイプの部品は、ステレオリソグラフィーベースの3D印刷プロセス（SLA）を使用してプロトタイプ化されます。これは、初期フォームおよび適合チェックとして適切に機能します。ただし、SLA印刷で使用される材料はもろいため、ヒンジは通常1サイクル後に破損するため、使い捨てパーツを効果的に作成できます。 SLAを使用すると、パーツが複数の構成でどのように見えるかを視覚化できますが、最終用途のパーツの機能シミュレーションはできません。 SLAプロトタイプの代わりに、テスト射出成形金型を工具で製作して撮影することもできます。これは費用がかかり、さらに重要なことに、リードタイムが長いプロセスであり、迅速な設計の反復には適していません。私の兄は、MarkForgedプリンターがより良いオプションであるかどうかを知りたがっていて、印刷するいくつかのサンプルパーツのSTLファイルを送ってくれました。私はそれらをアイガーに設置する作業に取り掛かり、その同じ日に家の中でマーク2のプリントを開始しました。

兄のパーツのリビングヒンジを使って作業することで、MarkTwoの3Dプリントされたリビングヒンジのさまざまな設計パラメーターの実験を開始しました。下のボックスは、兄の3Dモデルファイルを使用して作成した設計ガイドラインの一部を組み込んだ簡単な例です。

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ニック： リビングヒンジの印刷で最も重要な部分の1つは、Eigerでパーツの向きを正しくすることです。リビングヒンジは通常、ナイロン（より柔軟なヒンジの場合）またはケブラー強化ナイロン（より剛性が高いが耐荷重性の高いヒンジの場合）のいずれかから製造できますが、いずれの場合も、 Z軸の方向を向いたヒンジの側面プロファイル。この方向を説明する別の方法は、以下に示すように、ヒンジの完全な側面プロファイルが水平面にある必要があることです。

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この理由は2つあり、ヒンジの強度に大きく影響します。まず、ファイバーはXY平面にのみ配置できるため、ヒンジの長さに沿ってケブラーを配置するには、そのように方向付ける必要があります。第二に、層に印刷されたナイロンの引張強度は、ナイロンの層間接着強度よりもはるかに大きい。これらの現実は両方とも、アイガーの次のスクリーンショットに示す方向にリビングヒンジを印刷する必要があります。

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新しいユーザーが3D印刷の設計を開始するときによく直面する課題は、3D印刷部品の異方性についての理解を深めることです。

技術用語

異方性材料-材料のセクションのさまざまな軸に沿って、方向に依存する材料特性を持ち、多くの場合機械的である材料-たとえば、多くの木材は、粒子線に沿って簡単に分割されますが、粒子を切断または切断することは困難です。異方性の良い例。反対は、多くの金属などの等方性材料であり、配向に関係なくはるかに均一な特性を持っています。 /技術用語

ベネット： 前述のニックのように、FFFテクノロジーを使用すると、XY平面で最大の強さを得ることができるので、それを利用する必要があります。さらに、ナイロンでデザインすることについての私の好きなことの1つは、それがどれほど耐疲労性があるかということです。これらの2つの要素を組み合わせると、リビングヒンジの最適な方向は、水平XY平面でのヒンジ断面になります。ヒンジを厚くすると、その剛性が上がります。この部分には、完全な180度の動きを必要とする蓋のヒンジと、角運動の要件がはるかに小さいラッチヒンジがありますが、スナップで閉じたときに蓋を閉じたままにする必要があります。これらの要件に基づいて、剛性を高め、ユーザーが意図的に開くまでボックスがラッチされたままになるように、ラッチヒンジの厚さを増やしながら、蓋のヒンジをできるだけ薄くしました。ふたをニュートラル位置（90度開いた状態）でモデル化し、ラッチヒンジを少し閉じて、所定の位置にカチッとはまるようにしました。 3D印刷されたフレキシブル部品は、射出成形された部品と同様に、大幅な塑性変形を受けない限り、印刷されたままの状態に戻る傾向があるため、部品の望ましい中立位置を設計する際には、このことに留意する必要があります。

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次は、物事をアイガーに移すことでした。ヒンジが希望の方向に印刷されるようにパーツを回転させ、ファイバーをオンにしました。パーツをファイバーで完全に埋めるように設計された同心フィルを使用し、パーツ全体に設定を適用しました。アイガーは、ファイバーを取り付けるのに十分なスペースがないことを警告しましたが、ヒンジ自体をファイバー補強に必要な最小の厚さよりも小さく設計したため、これは予想されていました。しかし、Mark Twoを使用すると、パーツのベース全体と蓋に問題なくファイバーを取り付けることができました。このパーツのサイズが小さいため、MarkOneでは不可能でした。 。この部分のつばの設定もオンにして、背の高い薄いセクションが初期のレイヤーで完全にサポートされるようにしました。

技術的な詳細

• 蓋のヒンジの厚さ：0.7 mm、最大限の柔軟性を実現
• ラッチヒンジの厚さ：1.2 mm、意図しない開きを防ぐための剛性を高めます
• 最終的な印刷構成を選択する前に、曲げ半径が適切であることを確認するために開位置と閉位置でモデル化されたパーツ

自分で印刷してみませんか？ BennettのSolidworksファイル：Living_Hinges CAD SWファイル
Eiger対応：Living_Hinges STL