Какой тип филамента подходит для печати хрупких деталей детских игрушек, таких как маленькие шестеренки

преднамеренное/запланированное устаревание-это термин, который вы ищете

Если вы разрабатываете детали, которые через некоторое время ломаются, вы планируете их устаревание. Это вы делаете путем обдуманного выбора материала и условий работы. Проектирование детали, которая сломается через определенное время, можно выполнить, выбрав правильные напряжения, которые приведут к разрыву выбранного вами материала.

В шестерне, которая должна сломаться при определенном напряжении, можно ослабить зубья или пружины, так что нормальные рабочие напряжения, скорее всего, нарушат запас прочности и разрушат шестерню.

является ли это материальным выбором?

Любой материал подходит для того, чтобы сделать запланированный перерыв, при условии, что дизайн подходит. Выполнение анализа напряжений вашей детали подскажет вам, где ее ослабить, чтобы обеспечить ее разрушение - если деталь была прочной. Поскольку печатные детали в FDM не являются твердыми, возьмите результат с солью - он покажет, где, но не когда он выйдет из строя. Проведите эксперимент для реальных чисел.

это что-то вроде настройки печати?

Помимо преднамеренной недоработки какой-либо части механизма, обычно идеально точная передача потеряла бы большую прочность, намеренно уменьшив ее массу: на стабильность отпечатка влияют форма и количество заполнения так же, как и количество оболочек. Некоторые примеры случайных настроек:

• 1-оболочка, 1 нижний/верхний слой, 5% наполнитель, скорее всего, настолько хрупкий, что вы можете не снять его с монтажной пластины
• эти параметры при 2-5-10% приводят к получению довольно прочного изделия.
• 2-5-20% более чем в два раза сильнее, чем 2-5-10%.

Чтобы найти точную точку разрыва настройки, возможно, потребуется поиграть с параметрами и поэкспериментировать. Возможно, было бы интересно не использовать верхний или нижний слои и, таким образом, повернуть, чтобы создать все спицы шестерни в форме заполнения и внешней оболочки. Кроме того, некоторые наполнители лучше выдерживают силы, чем другие - например, заполнение гироидом или шестигранником довольно устойчиво к давлению, в то время как спагетти довольно слабы.

Другие параметры также могут изменить стабильность заполнения: ускорение печати заполнения по сравнению с оболочкой и использование более тонкой линии значительно ослабляет заполнение, тем самым уменьшая необходимую нагрузку для его разрыва. Это довольно простой параметр для настройки, если вы хотите сломать спицы (см. Ниже).

запланированное устаревание и как безопасно недоинжинирировать

Иногда запланированное разрушение полезно для безопасности: предполагается, что предохранительный клапан сломается под избыточным давлением, чтобы сбросить давление безопасным способом.

Но запланированное устаревание также может представлять угрозу безопасности: если игрушка ломается при обычном использовании, это представляет опасность для безопасности, так как отломанные детали могут быть проглочены детьми. Еще один фактор, на который следует обратить внимание, - это то, где отломанные детали оказываются в механизме-они могут застрять в других деталях, которые не предназначены для самоуничтожения и их уничтожения.

• Спроектируйте куски так, чтобы они разбивались безопасным способом - чем больше куски, тем лучше вы предотвратите их попадание в места, в которые они не должны попадать.
• Спроектируйте зубы так, чтобы они деформировались или плавились, а не срезались
• Спроектируйте оси так, чтобы они были свободными, потеряв свои клавиши
• Спроектируйте спицы шестерен так, чтобы они ломались, отделяя зубчатый венец от оси и ступицы, ни одна из которых никуда не денется из-за других шестерен и монтажа
• Поместите механизмы самоуничтожения в какую-нибудь коробку передач, чтобы предотвратить разлет осколков

Проектирование промышленного оборудования обычно идет по пути плавления: возьмем ручной миксер. Он содержит редуктор, у которого одна ведущая передача соединена со второй передачей, так что оба смесителя вращаются противоположно. При нормальном использовании они вращаются довольно быстро, создавая тепло от трения. При хорошем дизайне эти две шестерни изготовлены из металла или термостойкого полимера. Но если кто-то планирует их сломать, эти шестерни изготовлены из материала, который будет нагреваться под действием трения таким образом, что через определенное время (около 5 минут) зубья будут достаточно ослаблены, чтобы деформироваться и шлифоваться, разрушая их в процессе.

Предпочтительный Материал

Я бы на самом деле намеренно недооценил шестерни для ожидаемых нагрузок, а затем выбрал твердый материал, напечатанный в SLA или SLS, либо из смолы (которая разлетится на куски и кусочки, поэтому коробка передач обязательна!), либо из полиамида (нейлона). Эти детали полностью соответствовали бы анализу напряжений.

Если FDM является единственным вариантом, выбор материала зависит от выбранного вами режима отказа:

• В случае, если вы выберете разрушение от тепла на зубьях или оси, легкоплавкий материал, такой как PLA, идеально подходит, но убедитесь, что вероятность поломки зубов низкая. ABS может работать немного лучше, но для самоуничтожения требуется больше тепла (и, следовательно, больше оборотов в минуту).
• В случае проектирования на случай поломки спиц или зацепления, PLA является отличным выбором, так как он достаточно хрупкий.
• PETG-это хороший компромисс между деформируемостью ABS и простотой печати PLA.

---

Сноски

Конструкция зубчатых
^{колес При проектировании зубчатых колес имейте в виду, что зубчатые колеса довольно сложны. Я на самом деле советую взглянуть на грубое упрощение Этого Старого Тони, потому что оно позволяет вам увидеть, где вы можете очень легко сломать зубы по дизайну!}

запланированное устаревание и права потребителей
^{В то время как запланированное устаревание может быть важным фактором безопасности, планирование устаревания потребительских товаров для продажи, чтобы сломать их после расчетного времени, неэтично и может быть нарушением прав потребителей. Помните, что юридически требуемая гарантия и право на ремонт существуют во многих странах.}

LEGO защищена авторским правом, Запатентована и имеет торговую марку
^{Копирование конструкций Lego будет нарушением товарного знака, нарушением патента и нарушением авторских прав при использовании их конструкций. Они защищают их.}

Я даже не буду спрашивать, зачем вам это нужно, и я предполагаю, что вы сделали свою домашнюю работу по этим вопросам. 3D-печатные шестерни печально известны тем, что терпят неудачу даже при хорошем дизайне, поэтому идея в целом должна быть вполне выполнима.

ТПУ был бы ужасным выбором по ряду причин. Он гибкий, что с самого начала сделало бы его плохим механизмом, но он также очень и очень жесткий. Так что это может длиться довольно долго, но работать очень плохо. Вы специально упомянули, что не используете PLA, но я сомневаюсь, что вы найдете материал, который соответствует тому, что вы ищете, скорее всего, настройки печати следует изменить.

Дизайнерские Идеи

Моя личная рекомендация состояла бы в том, чтобы использовать хороший материал, такой как PETG, ABS или PLA, и намеренно недооценивать его. Таким образом, при перегрузке деталь выйдет из строя. Обязательно подумайте, как вы хотите, чтобы деталь вышла из строя, это решит, какой материал вам следует использовать. Что касается того, как его спроектировать: это потребует небольшого тестирования. 3D-принтеры создают огромный спектр свойств материалов благодаря заполнению, высоте слоя и т.д. Для начала измените уровень заполнения до тех пор, пока не получите желаемые результаты.

Эти части выглядят довольно тонкими для начала, если заполнение не является вариантом, попробуйте уменьшить толщину стенок и толщину верхнего и нижнего слоев. За один проход толстые стены без заполнения будут ужасно слабыми и гибкими. Этой гибкости должно быть достаточно, чтобы получить то, что вам нужно. В конце концов, вы можете свести это к простой оболочке детали толщиной 0,2 или 0,1 мм по всему периметру.

Выбор Материала

PLA разобьется, что, возможно, приведет к дальнейшему отказу, если зацепится за другие шестерни. Однако мелкие детали могут вызвать проблему, если она выйдет из строя.

АБС деформируется и, вероятно, не разрушится, но с ним трудно печатать. Я бы не рекомендовал этого делать.

PETG - один из моих любимых материалов-он относительно прост в печати, очень прочный и гнется, а не разрушается при отказе. Это может быть хорошим материалом для использования.

Этот метод будет сложным с шестеренками, но выполнимым. Печать холодная и слегка недостаточно экструдированная. Это приведет к выходу детали из строя в слоях. Возможно, вам потребуется распечатать деталь сбоку, чтобы убедиться, что механизм не работает. Используйте PLA или PETG. Сломать ТПУ практически невозможно.