Conception pour l'impression Partie 1 :Tests unitaires et tolérances imprimés en 3D

Bienvenue dans notre nouvelle série de blogs, Concevoir pour l'impression 3D (DF3DP). DF3DP est une série de blogs consacrée aux trucs et astuces d'impression 3D à suivre lors de l'utilisation d'une imprimante 3D qui vous guidera dans la réduction des coûts, du temps d'impression et du matériel tout en vous montrant comment obtenir vos pièces comme vous le souhaitez pour la première fois.

Nous sommes tous passés par là :vous imprimez une partie qui prend des heures, pour découvrir que ce n'est pas tout à fait s'adapter à la façon dont vous le vouliez, gaspillant ainsi un temps d'impression précieux et du matériel sur une mauvaise pièce. L'impression 3D est un processus de fabrication sans intervention, donc une fois que vous avez envoyé votre modèle CAO à l'imprimante, vous ne pouvez plus rien changer. Les pièces peuvent prendre des heures, voire des jours, et si vous avez un délai à respecter, réimprimer entièrement la pièce avec des tolérances corrigées n'est parfois pas un luxe que vous pouvez vous permettre, que ce soit d'un point de vue temporel ou monétaire. Étant donné que les pièces imprimées en 3D fabriquées avec l'impression FFF (fabrication de filaments fondus) rétrécissent en raison de la contraction thermique, les imprimantes 3D n'impriment souvent pas exactement les dimensions que vous leur indiquez, il est donc nécessaire de tenir compte de la tolérance. Dans cet article, je vais vous expliquer comment vous assurer que les tolérances d'impression 3D sont correctes avant imprimer la partie entière pour découvrir qu'ils sont faux.

C'est ici que l'unité teste les pièces imprimées en 3D est très pratique. Un test unitaire est traditionnellement un terme logiciel, testant essentiellement que de petits extraits de code fonctionnent indépendamment avant de les incorporer dans le script complet. Nous allons faire la même chose avec l'impression 3D :imprimez de petits segments rapides de ce qui sera ensuite intégré dans une conception plus grande pour vérifier ou tester leur fonctionnalité et leur ajustement avant d'imprimer une pièce énorme.

Par exemple, le haut de ce prototype de robot de combat fourmi imprimé en 3D que je conçois glisse sur la base via un ensemble de rainures inspirées de la queue d'aronde (l'une est encerclée ci-dessous). Les deux parties combinées prennent 4 jours et 7 heures à imprimer, je souhaite donc faire un test unitaire imprimé en 3D pour m'assurer que les rainures sont de la bonne taille avant de tout imprimer.

Concevoir un bon test unitaire pour l'impression 3D

Un test unitaire bien conçu doit être rapide et facile à concevoir et à imprimer (je vise généralement un travail d'impression d'environ une demi-heure à une heure). J'ai modélisé une seule version miniature des paires de rainures, puis en ai fait des copies avec différentes distances de décalage de face, allant de l'absence de décalage à un décalage de -0,2 mm sur toutes les faces de la queue d'aronde. Cela signifie que chaque profil de rainure mâle était plus mince que le précédent.

J'ai également ajouté une numérotation afin que je puisse me rappeler quelle distance de décalage était quelle, comme indiqué dans la capture d'écran CAO ci-dessous :

Test du test unitaire imprimé en 3D

Une chose à retenir est d'imprimer votre test unitaire dans l'orientation avec laquelle la pièce finale sera imprimée, afin que vous puissiez rendre le test aussi précis que possible. L'impression n'a pris qu'une heure et 15 minutes, bien mieux que d'imprimer l'ensemble du châssis du robot, puis de trouver mes rainures coulissantes n'étaient pas bien tolérées.

Pour le tester, je glisse simplement la pièce profilée de rainure femelle sur chaque profil mâle, en partant du plus grand décalage de face (-0,2 mm) et en progressant jusqu'à 0,0 mm de décalage.

Le profil de décalage de -0,2 mm était très lâche - je ne veux pas que le haut du robot glisse simplement. Les profils mâles de -0,15 mm et -0,1 mm étaient corrects mais pas aussi ajustés que je le souhaiterais. Le décalage de -0,05 mm a fini par être parfait - il était suffisamment ajusté pour qu'il ne puisse pas être facilement renversé, et je pouvais le faire glisser avec un peu de pression. Le profil final, décalé de 0,0 mm, était un peu trop serré à mon goût. Maintenant, je peux entrer la valeur de décalage de -0,05 dans ma conception finale, et je suis certain qu'elle glissera comme je le souhaite. Il y a quelques autres caractéristiques qui verrouillent réellement le dessus en place, mais les rainures reliant les deux pièces étaient les tolérances dont je n'étais pas sûr.

Autres utilisations des tests unitaires

Les tests unitaires sont vraiment utiles pour toutes sortes de tolérances, même si vous voulez juste avoir une bonne idée du comportement de votre imprimante dans certaines conditions. Par exemple, pour avoir une idée des tolérances de trous sur une imprimante 3D donnée, vous pouvez imprimer quelque chose comme ceci :

Vous pouvez ensuite mesurer la taille des trous et comparer la valeur mesurée à la valeur dimensionnée dans votre modèle CAO, vous donnant ainsi une bonne idée de la tolérance de trou que vous devrez laisser dans chaque plan sur les pièces que vous allez imprimer en 3D. Vous pouvez ensuite utiliser ce test comme référence pour les futurs travaux de conception et il peut vous aider à concevoir non pas une, mais de nombreuses pièces imprimées en 3D.

De plus, avec notre imprimante, vous pouvez aller plus loin dans le processus de test unitaire :disons que vous avez besoin d'imprimer tout ce châssis de robot, mais que vous voulez vous assurer que tous les composants s'intègrent à l'intérieur avant de vous engager à utiliser de la fibre de carbone pour renforcer le Cadre. Vous pouvez créer ce qu'on appelle un prototype d'ajustement imprimé en 3D pour tester que tous vos composants s'intègrent à l'intérieur de vos pièces imprimées en 3D (ou l'inverse) avant d'introduire la fibre dans l'impression. Cela réduit à nouveau les déchets de matériaux et les coûts afin que vous puissiez tester la géométrie et la forme finales des pièces remplies de fibres avant de vous engager à les imprimer.

La vraie valeur des tests unitaires :

Alors disons que j'ai imprimé tout ce châssis et ce dessus, et j'ai foiré la tolérance de rainure. Ensuite, je devrais imprimer tout cela deux fois, ou je devrais passer quelques heures à pirater une petite caractéristique géométrique assez étrange, et personne ne veut vraiment faire ça. Le limage ou le ponçage de pièces imprimées en 3D pour les adapter, en particulier lorsqu'elles impliquent de petites géométries, laissent souvent des cicatrices, un mauvais état de surface et peuvent accidentellement casser la caractéristique ou exposer la structure interne d'une pièce imprimée en 3D. Il est assez évident qu'imprimer une grande pièce deux fois n'est pas aussi bon que de passer un peu plus de temps de conception, puis d'imprimer une petite pièce et une grande pièce, mais voici les chiffres pour mon robot au cas où vous ne seriez pas convaincu de l'impression 3D tests unitaires pour l'instant :

Les tests unitaires sont essentiels pour les grandes pièces imprimées en 3D si vous voulez qu'elles ressortent du premier coup. Le post-traitement est un processus que la plupart des gens s'attendent à suivre lors de l'impression 3D, qu'il s'agisse de poncer des surfaces, de percer des trous ou de limer des joints mal dimensionnés. Sur une imprimante aussi fiable et précise que l'imprimante 3D composite Mark Two, le post-traitement ne doit pas être une étape que vous devez franchir, et avec des tests unitaires, vous pouvez vous assurer que vos pièces sortiront comme vous le souhaitez. à.

Si vous souhaitez vérifier ces tests par vous-même, vous pouvez les télécharger ici.

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