Markforged Mechanical Features #1: 3Dプリントリビングヒンジをマスター

更新: フレクチャル要素とリビングヒンジ設計のウェビナーで、さらに深く柔軟設計を学べます。

オリジナル投稿: Markforged Mechanical Features (MMF)は、Markforgedプリンターでの複合補強3Dプリント向けに、一般的なエンジニアリングパーツと機械的特徴の設計ベストプラクティスを共有する詳細投稿シリーズです。

Markforged Mechanical Features初版へようこそ！ お客様から、馴染みの機械的特徴をMarkforged材料の機能的強度をフル活用した3Dプリントパーツにどう変換するか、という質問を日常的にいただきます。この知識を共有するため、単一エンジニアリング特徴に焦点を当て、Markforgedプリンターの潜在能力を最大化する実用的ヒントとトリックを提供する定期記事を公開します。

今日はリビングヒンジを探ります。本質的に、リビングヒンジは単一軸周りの回転を提供する薄い一体型パーツです。フロス容器のトップからシャンプーボトルキャップまで、日常品で見かけます。耐久性と製造容易性から射出成形パッケージの定番であり、Markforgedなら産業グレード強度で設計に組み込めます。

技術用語 – リビングヒンジに慣れている方はこのセクションをスキップ自由

基本から始めましょう。以下は、議論するサンプルリビングヒンジパーツのラベル付き図です。

画像は2つの柔軟フィーチャーをハイライト: リビングヒンジとラッチフレクシャー。両方とも単軸回転を許可しますが、異なる機能を果たし、それが形状に反映されています。

3Dプリントリビングヒンジを説明するため、MarkforgedのシニアメカニカルエンジニアBennett氏と協力しました。Bennett氏は大手医療ロボティクス企業で3年間、電気機械システムと射出成形ケーシングを設計し、SolidWorksの達人で、厳密な機械設計を3Dプリントに持ち込む情熱を持っています。最近オフィスでリビングヒンジを製作しています。

Bennett: 兄(ベイエリアのエンジニア)にMark Twoで設計をプロトタイピングするよう依頼され、リビングヒンジプリントを始めました。彼の消費者電子機器業務はスナップとヒンジに大きく依存。SLAプロトタイプは形状・フィット確認には良いが脆く、1回使用で失敗し、機能テストに不向き。従来射出成形プロトタイプは高コスト・低速で、迅速なイテレーションを妨げます。兄からSTLファイルを受け取り、Eigerでセットアップし、その日のうちにMark Twoでプリントしました。

彼のパーツ作業がきっかけで、Mark Twoリビングヒンジの設計パラメータ実験に興味を持ちました。下のボックスは、そのコラボレーション中に開発したガイドラインを取り入れた簡略モデルです。

Nick: 成功するリビングヒンジプリントの鍵の一つは、Eigerでの適切なパーツ配向です。プレーンナイロン(柔軟性用)でもケブラー補強ナイロン(高荷重剛性用)でも、ヒンジの側面プロファイルはZ軸に揃える必要があります。つまり、全側面プロファイルがXY平面にフラットに横たわるようにします。

適切な配向が重要な理由: 1) ファイバーはXY平面にのみ敷設可能なので、ヒンジを揃えるとケブラーがその長手方向に走れる、2) 層内ナイロン引張強度は層間接着を大きく上回る。これらの要因が、以下のEigerスクリーンショットのような配向を必要とします。

新規ユーザーの頻繁な課題は、3Dプリントパーツの異方性を理解することです。

技術用語

材料異方性とは、方向依存の機械的特性を指します。たとえば木材は木目に沿って簡単に割れますが、直角方向では切断に抵抗します。多くの金属のような等方性材料は、配向に関わらず均一な特性を示します。

/技術用語

Bennett: Nickが指摘した通り、FFFはXY平面でピーク強度を発揮。ナイロンの疲労耐性がヒンジ耐久性をさらに高めます。したがって、最適なヒンジ断面は水平XY平面にあります。厚いヒンジは剛性を増します。この例では、リッドヒンジは最大柔軟性のため可能な限り薄く(0.7mm)、ラッチヒンジは剛性と確実なロックのため厚め(1.2mm)に設計。リッドを90°開いた中立状態、ラッチをわずかに閉じた状態でモデリングし、スナップインを助けます。3Dプリント柔軟パーツは、著しい塑性変形を経ない限り、プリント時の状態に戻ろうとする傾向があることを覚えておいてください。

次に、パーツをEigerにインポート、正しい配向に回転、ファイバーを有効化。同心充填でファイバーを完全埋め込み、パーツ全体に設定適用。Eigerはヒンジ寸法でファイバー用スペース不足を警告しましたが、Mark Twoの大口径ノズルがベースとリッド両方にファイバーを対応。Mark Oneではこのサイズで不可能でした。また、初期層での背の高い薄いセクションを支えるためブリム設定も有効化しました。

技術詳細

• リッドヒンジ厚: 0.7mm(最大柔軟性)
• ラッチヒンジ厚: 1.2mm(より高い剛性と確実なロック)
• パーツをオープン/クローズ両位置でモデリングし、最終プリント前の曲げ半径を検証

自分で試したい方は、Bennett氏のSolidWorksファイルをダウンロード: Living_Hinges CAD SWファイル とEiger対応STL: Living_Hinges STL。