Als Produkt-Designer oder Ingenieur werden Sie aller Wahrscheinlichkeit nach irgendwann vor die Aufgabe gestellt werden, maßgeschneiderte Gehäuse zu erstellen. Dies kann ein einfacher Behälter für die Aufbewahrung und Organisation kleinerer Objekte oder ein voll funktionsfähiger Prototyp für die Präsentation bei Interessenten sein.
Mithilfe von CAD-Software und einem Desktop 3D-Drucker können Sie ein maßgeschneidertes Kunststoff-Gehäuse mit Schnappverbindungen in fünf einfachen Schritten erstellen.
Einführung in den Stereolithografie-3D-Druck (SLA)
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Schritt 1: Bereiten Sie das Design Ihres maßgefertigten Gehäuses vor
Vermessen Sie Ihr elektronisches Bauteil (links). Beginnen Sie Ihr 3D-Modell mit Basis-Boxen (rechts).
Für dieses Projekt werden wir ein Gehäuse für den Pine 64, einen Einplatinencomputer erstellen (downloaden Sie die .STL Datei). Dieses Tutorial setzt Solidworks ein, da es sich um ein äußerst beliebtes Tool für Produktdesign und Engineering handelt, jedoch können Sie eine ähnliche Software für 3-D-Design einsetzen.
Verwenden Sie zuerst einen Digital-Messschieber oder setzen Sie ein Lineal ein, um Ihre elektronische Komponente zu vermessen. Wir beginnen das Gehäusedesign durch die genaue Reproduktion der Leiterplatte, indem wir die Platinengröße, die Lage aller Montagelöcher sowie aller Ports oder Steckverbindungen vermessen, die durch das Gehäuse zugänglich sein müssen. Sie können ebenfalls einfach die maximalen Gesamtabmessungen als Box nehmen, jedoch ist es wichtig zu wissen, wo sich die Haupteigenschaften befinden, um diese unterzubringen. Reproduzieren Sie diese Maße in Solidworks als Gruppierung von Basis-Boxen in einer einzelnen Bauteildatei.
Schritt 2: Die untere Gehäusehälfte
Das Elektrinikgehäuse lässt sich in Solidworks am besten als Baugruppe entwerfen, wobei jede Hälfte des Gehäuses als einzelner Teil modelliert wird. Ausgehend von der unteren Gehäusehälfte als neues Bauteil, besteht die erste wichtige Entscheidung darin, den Toleranzrahmen zwischen dem Umfang der Leiterplatte und dem Gehäuse festzulegen. SLA und SLS 3D-Drucker sind äußerst genau, daher können Sie die Toleranz risikofrei auf 0,5 mm festlegen.
Ein FDM-Drucker kann Ihr Design verziehen und von der Druckplatte abheben, daher sollten Sie eine höhere Toleranz von 1,5 -2 mm vorsehen, um sicherzustellen, dass die Leiterplatte weiterhin in das Gehäuse passt, selbst, wenn die Gehäusewände etwas verzogen sind.
Fügen Sie etwas Freiraum zwischen den Umfang Ihres elektronischen Bauteils und das Gehäuse ein (links). Entwerfen Sie die Wände des unteren Gehäuses in Ihrem 3D-Modell (rechts).
Unser nächster Schritt besteht darin, die Öffnungen der Ports auszuschneiden. Ein langläufiger Fehler besteht darin, gerade soviel Material auszuschneiden, um die Port-Anschlüsse freizulegen (z. B. USB oder HDMI), ohne dabei zu berücksichtigen, dass einige Kabel der Stecker ziemlich robust sein können und für die Portverbindung in Ihr Elektronikgehäuse reichen müssen (insbesondere, wenn der Port ausgehen vom Leiterplattenrand nach innen, und damit ferner vom Gehäuse, versetzt ist). Daher empfiehlt es sich, großzügige Portöffnungen vorzusehen. Zusätzliche 2 mm um die Öffnung herum stellen einen guten Ausgangspunkt dar.
Fügen Sie ausgetragene Schnitte und Ausschnitte zum unteren Gehäuse hinzu, um Ports einzupassen.
Wie Sie im obigen Bild sehen können haben wir ausgetragene Schnitte eingefügt, die über die gesamte Länge von oben gehen, sowie einen Ausschnitt für eine Micro-SD Karte. Einige der Ausschnitte gehen bis zur Oberseite, da die Ports auf der Platine über die Kante der Leiterplatte hinausragen, daher brauchen wir etwas Platz, damit diese nach unten rutschen können. Wir werden einige davon mit dem oberen Gehäuseteil schließen, Sie können sich jedoch dafür entscheiden, ein größeres Untergehäuse zu entwerfen, sodass die gesamte Leiterplatte hineinpasst. Bitte beachten Sie jedoch, dass Sie ihre Anschlusskabel weiter in das Gehäuse hineinschieben müssen.
Schritt 3: Die obere Gehäusehälfte
Im Allgemeinen spiegelt die obere Gehäusehälfte die Geometrie der unteren Gehäusehälfte wider
Nun, da Sie die untere Gehäusehälfte abgeschlossen haben, ist die Gestaltung der oberen Hälfte einfach. Die obige Abbildung zeigt die Wirkung, der um den Umfang der zwischen den beiden Gehäusehälften verlaufenden Trennfuge. Das obere Gehäuse erhielt die identischen Ausschnitte zur Unterbringung einiger der größeren Ports, sowie Zusatzmaterial zum Schließen einiger der von der unteren Gehäusehälfte verbleibenden Lücken. Wir haben ebenfalls eine optionale versunkene Mittelsektion hinzugefügt.
Passung und Toleranz: Designoptimierung für funktionale 3D-gedruckte Bauteile
Dieses Whitepaper ist als Leitfaden für das Design funktionsfähiger 3D-gedruckter Bauteile gedacht und kann zudem als Ausgangspunkt für das Design passgenauer Teile dienen, die mit dem Belastbaren oder Polypropylenähnlichen Kunstharz von Formlabs gedruckt werden.
Schritt 4: Das Einrastelement
Das interne Basis-Einrastelement erlaubt eine Verlängerung des einrastenden Kunststoffanteils für eine stärkere Verriegelung.
Es existieren viele Designs für Schnappverbindungen, wir haben uns jedoch für ein internes Einrastsystem entschieden. Oben sehen Sie die wesentlichen Details des Einrastdesigns, das auf beiden Gehäuseseiten identisch ist. In Abhängigkeit des Ihnen zur Verfügung stehenden Platzes können Sie den in die Aussparung einrastenden Kunststoff verlängern, sodass eine stärkere Verriegelung gewährleistet wird. In unserem Fall beträgt die Länge lediglich 1,2 mm, jedoch wären 2 mm wesentlich sicherer. Bei diesem speziellen Design nehmen die Pins der Leiterplatte eine Menge Raum ein, daher wurde die Schnappverbindung so konzipiert, dass sie gerade so einrastet und ausreichend Kraft bietet, um das Gehäuse zusammenzuhalten. Das Einrastelement ist 20 mm lang extrudiert, wodurch zusätzliche Stärke erzielt wird.
Diese Explosionszeichnung stellt die Schnappverbindungen beidseitig detailliert dar.
Oben sehen Sie eine detaillierte Explosionsansicht des Einrastelements gemeinsam mit der Lage der Pins auf der Leiterplatte (in schwarz), wodurch dessen Größe begrenzt wird. Alternativ zur Einrastaussparung im Inneren des unteren Gehäuses lässt sich dieses Detail durch die Außenseite einschneiden, wodurch sich Ihre Schnappverbindungen länger gestalten lassen.
Laschen sind kleine Extrusionen, die sich in die gegenüberliegende Gehäusehäfte schieben, um die beiden Gehäusehälften zu sichern.
Fügen Sie Ihrem Konzept Laschen hinzu, um die beiden Hälften rutschfest miteinander zu verbinden. Laschen sind kleine Extrusionen, die sich in die gegenüberliegende Gehäuseseite schieben lassen. Da wir zwei Laschen auf gegenüberliegenden Seiten erstellt haben, benötigen Sie diese gegebenenfalls lediglich auf den beiden leeren Seiten. Im Falle dieses größeren Gehäuses, haben wir diese in jeder Ecke untergebracht. Das Material reicht lediglich 3 mm nach unten, dies ist jedoch ausreichend, um eine Bewegung zu verhindern.
Das Elektronikgehäuse mit Schnappverbindungen lässt sich an nahezu alle kleinen elektronischen Komponenten anpassen.
Schritt 5: Fügen Sie letzte Details zu Ihrem Gehäuse hinzu
Obwohl vielleicht bereits eine ausreichende Detailstufe Ihres Projekts vorhanden ist, hebt sich Ihr Elektronikgehäuse durch einige hinzugefügte Eigenschaften erst so richtig ab. Bei diesem Design haben wir einen Text für den Namen „Pine 64“ extrudiert und Details, wie die Lage der SD-Karte hinzugefügt. Wir haben das Pine-64-Logo als visuelle Eigenschaft hinzugefügt, sorgen jedoch zusätzlich für Belüftung, da diese Platinen tendenziell erwärmen können. Darüber hinaus sorgen diese Details dafür, den Materialeinsatz zu reduzieren. Abschließend weisen ein Paar Griffdetails an der Position der Einrastelemente darauf hin, an welcher Stelle Fingerdruck ausgeübt werden muss, um das Gehäuse zu öffnen.
Das endgültige Design umfasst neben den Schnappverbindungen einzigartige Eigenschaften und ist bereit für den 3D-Druck.
Live-Demo: Nylon 12 GF Powder, ein glasverstärktes Material für den SLS-Druck
Das glasfaserverstärkte Nylon 12 GF Powder für den SLS-Drucker Fuse 1 eignet sich ideal für starre, hitzebeständige Teile. Constantin Rainer-Harbach, DACH Team Lead bei Formlabs, gibt Ihnen eine Einführung in Nylon 12 GF Powder und die betriebsinterne Produktion leistungsstarker Endverbrauchsteile mit diesem Material.
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