铰链装置设计,让3D打印玩具动起来

2020-11-09 18:00:07 anet 5

  3D打印机的迷人之处,或许就是它的无限可能。当我们看到一个3D打印爱好者从一台3D打印机上取下一件其貌不扬、甚至略显呆板的平整模型时,突然发现这个模型竟然是可以把玩的,或折叠或伸展,或旋转或弯曲。更让人惊讶的地方是,这样的3D打印玩具不需要附加任何的后续处理。那么,这是如何实现的呢?下面,我们就跟随Irv Shapiro先生的脚步来揭秘如何充分发挥桌面式FDM(堆积熔融)3D打印技术的特性,并与创意设计相结合来制作灵活自如的3D打印玩具或小装置。

3D打印制作的玩具

Irv Shapiro先生向我们展示3D打印制作的剪刀造型玩具

  Irv Shapiro先生在他的YouTube视频里介绍到,铰链设计是3D打印制作可动小玩具或小装置的关键。那么,我们先来了解铰链设计,是如何将各个3D打印部件连接成一个整体可动的3D模型。

  AAA什么是铰链设计?

  铰链设计就是通过间隙和桥接两种方式来制作类似于铰链结构的可活动小装置。

铰链设计

  如上图所示,桥接就是在间隙结构末端以类似窗户顶端过梁的形式来链接需要结合的部位。一台3D打印机通常能挤出10毫米、30毫米甚至40毫米的过梁,具体由机型和其性能决定。

铰链设计图示

  另外一个特点,就是我们前面提到的间隙结构。通过在合适的部位加入水平或垂直的间隙,我们可以给小装置预留可活动空间。3D打印机会自动跳过间隙部位而不挤出耗材。

铰链设计图示

  铰链设计的关键就是创作如上图所示的四周隔空的中间件来实现可活动的链接结构。

3D打印玩具蝴蝶

  Irv Shapiro展示的3D打印蝴蝶其翅膀是多个铰链部件的组合

  AAA测试3D打印机的挤出精度

  在制作一款铰链结构的可活动3D打印小装置时,3D打印机的挤出精度是一个非常关键的因素。因而,我们首先要做的就是通过打印下图中的模型来测试3D打印机的挤出精度。

3D打印小装置

这个小模型共有5个小孔,分别用来测试0.2-0.6毫米的耗材挤出间隙精度。通过插入对应的插头,可以挨个检测小孔边缘是否存在耗材溢出来确定3D打印机的具体挤出精度。

3D打印的小装置可以测试3D打印机挤出精度

  当一台3D打印机具备制作0.2毫米间隙精度的性能时,那么这台3D打印机就可以用来制作可活动3D打印小装置。

  AAA哪些因素会影响制作3D打印可活动小装置的成功率?

影响3D打印的因素

  通常,打印床温度、挤出倍增(即流量)、打印温度和速度是影响能否成功制作3D打印可活动小装置的四个关键因素。

3D打印的剪刀造型小装置

  上图展示的是一件底层有黏连的剪刀造型小装置

铰链设计图
  1. 千里之行,始于足下。成功的3D打印作品,来源于第一层的优良效果。第一层直接与打印床接触,因而如何合理设定打印床温度首当其冲。若温度过高,则第一层会变得柔软并扩张甚至造成模型底部的黏连。

  2. 挤出倍增(extruder multiplier)是Prusa切片软件提供的挤出机端输出耗材量的控制选项。我们也可以在Cura软件的材料(material)中找到对应的设置,即flow(流量)选项。通过设置挤出倍增(或流量)参数,可以调节挤出机输出的耗材量。通常,我们会想当然的认为0.4毫米喷嘴挤出的肯定是0.4毫米的耗材。其实不然。我们在对3D打印机的步进马达或其它部件进行调校时,往往会影响喷头的挤出精度。这个时候我们就要通过设置挤出倍增参数来调节挤出精度了。例如,当我们发现挤出过量时,就可以将挤出倍增(或流量)设置到0.95或0.90以调节挤出精度至需要的效果。通常情况下,3D打印机在挤出第一层时,都会产生细微的扩张,因而都需要进行如上的挤出倍增设置。在一些更加优化的切片软件中,我们甚至可以对3D模型的每一个打印层设置挤出倍增(或流量)参数。

  3. 打印温度则是影响3D d打印制作的第三个因素。若打印温度过高,耗材过于柔软则会扩张。严重的扩张往往会挤压隙部位甚至产生黏连。若打印温度过低,则会导致垂直层之间粘接不紧密从而产生层移现象。因而,设置一个合适的打印温度是很有必要的。

  4. 最后一个影响3D打印机制作可活动小玩具、小装置的因素就是打印速度。若打印速度过快,打印机就会产生细微的振动而导致挤出机(喷嘴)堆叠耗材位置不够精确,进而影响间隙结构的精度并导致打印失败。因而,适当的降低打印速度可以更加有效地保障打印精度。

  需要注意的是,冷却也是我们制作3D可活动小玩具(或小装置)时需要注意的因素。高效的冷却速率有利于防止桥接部位下垂。

3D打印的指尖陀螺

  3D打印制作的可旋转解压玩具(fidget spinner) 指尖陀螺

  好了,以上就是我们今天要分享的来自Irv Shapiro先生关于如何3D打印制作可活动小玩具(或小装置)的建议。结合以上的要点,您可以尝试用爱能特3D打印机制作一条多节小蛇,亦或是一把小剪刀,甚至是一款由齿轮组合而成的小心心哦!

3D打印心形钥匙扣

  附:

  小心心文件下载链接:

  https://www.thingiverse.com/thing:662447


联系我们

地 址:广东省深圳市龙华区龙华街道清湖路北侧祥利路1号祥利工业园第四厂房

免费服务热线: 0755-23736621

服务时间

7*24小时

电话咨询
产品中心
在线订购
QQ客服