اتصالات پرینتر سه‌ بعدی: انواع، زیرمجموعه‌ ها و کاربرد ها

اضافه کردن اتصال‌ ها در هر طراحی، امکان حرکت را فراهم کرده و همچنین دامنه کاربرد ها و استفاده‌ ها را افزایش می‌دهد. امروزه انواع مختلفی از مکانیزم‌ های اتصال وجود دارند و وظیفه ما این است که از میان انواع مختلف اتصالات چاپ سه‌ بعدی، اتصال مناسب را برای کاربرد خود انتخاب کنیم. در پرینتر سه‌ بعدی FDM می‌توانیم اتصالاتی محکم و کارآمد را در مدل سه‌ بعدی در یک مرحله چاپ ایجاد کنیم. تنها کافی است مراحل ارائه‌ شده در این بلاگ را دنبال کنید.

انواع مختلف اتصالات پرینتر سه‌ بعدی کدامند؟

در مدل‌ های چاپ سه‌ بعدی، معمولاً از اتصالات قفل‌ شونده (Interlocking joints) و اتصالات فیت‌ شونده (Snap-fit joints) استفاده می‌شود. هر دو نوع اتصال کاربرد های متفاوتی دارند و در صورتی که در جای مناسب و با هندسه درست به‌ کار روند، عملکرد خوبی خواهند داشت. در این بلاگ می‌توانید روش چاپ اتصالات با پرینتر FDM را بیاموزید و همچنین مقایسه‌ ای بین فناوری‌ های موجود چاپ سه‌ بعدی برای بهترین عملکرد در چاپ اتصالات سه‌ بعدی مشاهده کنید.

انواع اتصالات چاپ سه‌ بعدی

در صنعت چاپ سه‌ بعدی، انواع گسترده‌ ای از اتصالات وجود دارد اما عمدتاً دو نوع اتصال در چاپ سه‌ بعدی استفاده می‌شود:

• اتصالات قفل‌ شونده (Interlocking Joints)
• اتصالات فیت‌ شونده (Snap-Fit Joints)

اتصالات قفل‌ شونده (Interlocking Joints)

اتصالات قفل‌ شونده زمانی استفاده می‌شوند که بخواهیم دو جسم را به هم وصل کنیم که هیچ حرکتی نسبت به هم ندارند. این اتصالات اجازه حرکت را به جز در یک محور یا جهت نمی‌دهند. این نوع اتصالات قابل جدا سازی نیستند، اما در برخی موارد می‌توان مکانیزم جدا شونده‌ ای به آن‌ ها اضافه کرد. در این اتصالات، یک جسم از طریق شیار وارد جسم دیگر می‌شود و سطح رزوه‌ دار هر دو جسم به هم می‌چسبند.

اتصالات فیت‌ شونده (Snap-Fit Joints)

این نوع اتصالات انواع مختلفی دارد که هر کدام برای کاربرد های متفاوتی استفاده می‌شوند. با استفاده از اتصالات فیت‌ شونده می‌توان قطعات را به سرعت به هم متصل کرد. در این اتصالات، یکی از قطعات دارای طراحی‌ هایی مانند سر، قلاب یا پایه است و قطعه دوم شامل یک بریدگی زیرین یا سوراخ با طراحی هندسی خاص برای عملکرد روان در مرحله اتصال می‌باشد.

پس از اتصال، قلاب از حالت تحت فشار به حالت طبیعی خود باز می‌گردد. جدا سازی این اتصالات به طراحی قلاب و بریدگی زیرین بستگی دارد.

خدمات پرینت سه بعدی پروجت

انواع اتصالات فیت‌ شونده (Snap-Fit Joints)

این اتصالات دارای انواع مختلفی از طراحی‌ ها هستند و معمولاً در مواد پلاستیکی استفاده می‌شوند. در ادامه به برخی از انواع اتصالات فیت‌ شونده اشاره می‌کنیم:

• اتصال فیت‌ شونده کنسولی (Cantilever Snap Joint)
• اتصال فیت‌ شونده حلقوی (Annular Snap Joint)
• اتصال توپ و کاسه‌ ای (Ball and Socket Joint)
• اتصال مفصلی فیت‌ شونده (Hing-Snap Fit Pivots)
• اتصال فیت‌ شونده کنسولی (Cantilever Snap Joint)

در اتصال فیت‌ شونده کنسولی، یک قسمت دارای قلاب یا برجستگی است که از بدنه قسمت به صورت تیرک بیرون زده است و قسمت دوم دارای سوراخی با شیب مناسب برای سهولت در فرایند اتصال دو قسمت می‌باشد. هنگام اتصال دو قسمت با این نوع اتصال، قلاب کمی خم می‌شود و داخل سوراخ سر می‌خورد؛ زمانی که قلاب از سوراخ عبور کرد، به موقعیت اصلی خود بازمی‌گردد و دو قسمت را قفل می‌کند.

اتصال فیت‌ شونده کنسولی بسیار رایج است و در بسیاری از اقلام یافت می‌شود، زیرا ساخت آن‌ ها بسیار اقتصادی است. همچنین باز و بسته کردن این نوع اتصال بسیار آسان است.

اتصال فیت‌ شونده حلقوی (Annular Snap Joint)

اتصال فیت‌ شونده حلقوی زمانی استفاده می‌شود که نیاز باشد یک قطعه روی قطعه دیگری حول یک محور بچرخد. در این نوع اتصال، یکی از مدل‌ ها دارای یک حلقه دایره‌ ای روی بدنه بیرونی خود است و مدل دوم دارای حلقه‌ ای در داخل بدنه‌ اش می‌باشد. زمانی که این دو مدل چاپ شده را روی هم فشار می‌دهیم، مدل دوم روی حلقه بیرونی مدل اول سر می‌خورد و هر دو قطعه در جای خود قفل می‌شوند.

مهم است که مدلی که حلقه دایره‌ ای داخلی دارد، انعطاف‌ پذیری لازم برای سر خوردن روی حلقه اول را داشته باشد. همچنین می‌توان با استفاده از اتصال فیت‌ شونده حلقوی، اتصال ضدآب ایجاد کرد. معمولاً این نوع اتصال را بین بدنه خودکار و درپوش آن مشاهده می‌کنیم.

اتصال توپ و کاسه‌ ای (Ball and Socket Joint)

اتصال توپ و کاسه‌ ای اجازه می‌دهد قطعات در جهات مختلف خم و چرخش داشته باشند. هنگام برش (Slice) طرحی که دارای این نوع اتصال است، مهم است به این نکته توجه کنید که اگر مدل را کوچک‌تر کنید، فاصله‌ی آزاد بین توپ و کاسه نیز کاهش می‌یابد. بنابراین هنگام طراحی و چاپ این اتصال باید این موضوع را در نظر داشته باشید.

اتصال مفصلی فیت‌ شونده (Hinge-Snap-Fit Pivot)

اتصال مفصلی فیت‌ شونده دارای یک میله مفصلی است که بین ساختار یک شکاف (اسلایس) دارد و انتهای این شکاف کمی بالاتر از انتهای میله قرار دارد. قسمت دوم دارای یک سوراخ دایره‌ ای است. وقتی مفصل را در سوراخ دایره‌ ای فشار می‌دهیم، به دلیل نیروی وارد شده، مفصل فشرده می‌شود و هنگامی که از سوراخ عبور کرد، به شکل اصلی خود باز می‌گردد و محکم در جای خود قرار می‌گیرد.

نکات طراحی و چاپ برای اتصالات چاپ سه‌ بعدی

وقتی در مدل سه‌ بعدی خود اتصالات را طراحی می‌کنید، لازم است بدانید که قطعه تحت چه نوع تنشی قرار می‌گیرد و اتصالات شما در کدام قسمت‌ ها بیشترین فشار را در زمان عملکرد تحمل می‌کنند. همچنین بهتر است پشتیبانی اضافی به اتصال اضافه کنید تا عملیات حرکت روان‌تر انجام شود. از طراحی مبتنی بر توپولوژی برای توزیع یکنواخت تنش در قطعات استفاده کنید. در اتصالات متحرک مطمئن شوید که فضای کافی برای حرکت آزادانه وجود دارد.

۱. فیلت‌ ها و چمفر ها

اتصالات باید به‌ صورت صلب طراحی شوند زیرا نباید در شرایط بارگذاری شکسته شوند، اما در عین حال لازم است که کمی انعطاف‌ پذیری داشته باشند تا بتوانند به‌ خوبی در طول عمر طراحی‌ شده خود عمل کنند. در چاپ سه‌ بعدی، زمانی که مدل دارای اتصال است، مطمئن شوید که قلاب اتصال دارای فیلت یا چمفر باشد، زیرا این کار پشتیبانی و استحکام بیشتری فراهم می‌کند.

در فیلت‌ ها، لبه تیز و تخت اتصال با لبه‌ ای گرد جایگزین می‌شود که به توزیع یکنواخت نیرو کمک می‌کند. در حالی که در چمفرها، لبه تیز تخت با چندین گوشه کوچک مربعی شکل جایگزین می‌شود که لبه‌ ای کوچک و گرد ایجاد می‌کند و باعث افزایش دوام و طول عمر اتصال می‌شود.

۲. فاصله (Clearance)

هر اتصال متحرک نیاز به فضای کمی بین قطعات دارد تا بتواند به‌راحتی حرکت کند؛ این فضا را فضای فاصله یا کلیرنس می‌نامند. در اتصال توپ و کاسه‌ ای (Ball-Socket Joint)، باید قطر کاسه بیرونی را حدود ۰.۳ میلی‌متر افزایش دهید تا قطعات به‌خوبی جا بیفتند و به‌ راحتی حرکت کنند. همچنین، مواد مختلف نیازمند فاصله متفاوتی برای اتصالات هستند، اما تعیین این مقدار دقیق کار آسانی نیست. اغلب اوقات این مقدار کار می‌کند، اما گاهی لازم است با آزمون و خطا مقدار مناسب فاصله را پیدا کنید.

برای سهولت و کاهش هزینه‌ های آزمون و خطا، بهتر است فقط قطعات اتصال را از کل مدل چاپ کنید تا عملکرد اتصال را تست کنید.

پس از پیدا کردن مقدار مناسب فاصله، می‌توانید کل مدل را چاپ کنید.

۳. برش مدل چاپ سه‌ بعدی (Slicing The 3D Printed Joint)

در فرآیند برش (Slicing)، باید توجه داشته باشید که آیا قطعه به موازات لایه‌ ها چاپ می‌شود یا نیروی وارد شده نیز موازی لایه‌ ها است؛ در این صورت قطعه می‌تواند بارهای سنگین را تحمل کند. هنگام برش مدل این شرایط را در نظر داشته باشید.

نکته: هنگام برش اتصال، مطمئن شوید که اتصال هیچ برآمدگی (Overhang) نداشته باشد، زیرا برآمدگی باعث زبری سطح می‌شود و اگر اتصال قابلیت حرکت داشته باشد، به‌ دلیل زبری ممکن است در حین کار گیر کند.

۴. انتخاب جنس مناسب برای چاپ سه‌ بعدی اتصالات

اتصال باید نیرو های زیادی را تحمل کند، بنابراین ضروری است که اتصال شما در حین کار دچار شکستگی نشود. انتخاب جنس مناسب برای اتصال، استحکام آن را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد؛ اگر از جنسی بسیار انعطاف‌ پذیر استفاده کنید، اتصال به‌ درستی کار نمی‌کند و اگر جنس خیلی سخت باشد، اتصال شکننده خواهد شد. بیشتر سازندگان برای چاپ سه‌ بعدی اتصالات از فیلامنت ABS استفاده می‌کنند زیرا تعادلی مناسب بین انعطاف‌ پذیری و سختی دارد. همچنین فیلامنت ABS ارزان و به‌ راحتی در دسترس است.

۵. افزودن زبانه (Lugs) به مدل

وقتی دو جسم را به هم متصل می‌کنیم، گاهی مشاهده می‌شود که یک قسمت دارای الگویی است و قسمت دیگر دارای سوراخ‌ هایی متناسب با این الگو هاست؛ هنگام اتصال، این الگو ها به‌ عنوان ساختار راهنما عمل می‌کنند و همچنین ثبات اتصال را افزایش می‌دهند، زیرا اتصالات به اندازه کافی سخت و محکم هستند که جسم را قوی نگه دارند.

خواندن مقاله «انواع چاپ سه‌ بعدی» به شما کمک می‌کند با فناوری‌ ها و روش‌ های مختلف چاپ سه‌ بعدی آشنا شوید و بهترین گزینه را برای پروژه‌ های خود انتخاب کنید.

آزمایش اتصالات چاپ سه‌ بعدی خود

وقتی نمی‌دانید کدام نوع اتصال یا جنس را باید استفاده کنید، بهتر است تمام فرضیات خود را در مدل آزمایشی اتصال تست کنید. کافی است تنها بخش اتصال مدل خود را با پارامتر های فرضی چاپ کنید و آزمایش کنید تا بهترین گزینه را برای پروژه‌ تان پیدا کنید.

بهترین فناوری‌ های چاپ سه‌ بعدی برای چاپ اتصالات

اگر بخواهیم انواع مختلف اتصالات چاپ سه‌ بعدی را به‌ گونه‌ ای تولید کنیم که برای استفاده نهایی مناسب باشند و بتوان چندین بار بدون شکستن اتصال آن‌ ها را باز و بسته کرد، می‌توانیم از فناوری‌ های چاپ سه‌ بعدی SLS و Material Jetting استفاده کنیم. البته چاپ سه‌ بعدی FDM و چاپ رزینی نیز امکان‌ پذیر است، اما رزین معمولی شکننده است و پس از چند بار استفاده می‌شکند، بنابراین نیاز به رزین بسیار مقاوم داریم.

برای آماده‌ سازی محصولات نهایی، فناوری‌ های SLS و Material Jetting بهترین گزینه‌ ها برای اتصالات هستند.

با چاپ SLS، می‌توانیم اتصالات فیت‌ شونده (snap-fit) کاربردی تولید کنیم که چندین بار قابل باز و بسته شدن باشند و برای افزایش استحکام، معمولاً از نایلون SLS استفاده می‌شود. در فناوری Material Jetting، رزین‌ های با وضوح بالا، مقاوم و ABS دیجیتال گزینه‌ های بسیار مناسبی برای ایجاد اتصالات کاربردی هستند.

سؤالات متداول

انواع اصلی اتصالات چاپ سه‌ بعدی چیست؟

اتصالات چاپ سه‌ بعدی عمدتاً به دو نوع تقسیم می‌شوند: اتصالات قفل‌ شونده (Interlocking joints) و اتصالات فیت‌ شونده (Snap-Fit joints).

انواع اتصالات فیت‌ شونده کدامند؟

اتصالات فیت‌ شونده به چهار نوع اصلی تقسیم می‌شوند: کنسولی (Cantilever)، حلقوی (Annular)، توپ و کاسه‌ ای (Ball and Socket)، و مفصلی فیت‌ شونده (Hinge Snap-fit pivots).

چه نکاتی را هنگام چاپ اتصالات سه‌ بعدی باید مدنظر داشت؟

موارد مختلفی در چاپ سه‌ بعدی اتصالات باید رعایت شود که مهم‌ ترین آن‌ها شامل فیلت و چمفر، فاصله (Clearance)، برش (Slicing)، انتخاب جنس (Material selection) و غیره است.

مجموعه سرزمین دی تی اس با ارائه خدمات پرینت رزین چاپ سه‌ بعدی، بهترین کیفیت و دقت را برای طراحی‌ های طلا و جواهر شما فراهم می‌کند تا طرح‌ هایتان به صورت حرفه‌ ای و با جزئیات بی‌نظیر تحقق یابند.