Im Produktdesign oder Maschinenbau werden Sie aller Wahrscheinlichkeit nach irgendwann vor die Aufgabe gestellt, maßgeschneiderte Gehäuse zu erstellen. Dabei kann es um einen einfachen Behälter zur ordentlichen Aufbewahrung kleinerer Objekte oder einen voll funktionsfähigen 3D-gedruckten Prototyp für die Präsentation bei Interessenten oder für Tests vor dem Spritzguss gehen.
Mithilfe von CAD-Software und einem professionellen Desktop-3D-Drucker können Sie ein maßgeschneidertes Gehäuse mit Schnappverschlüssen in fünf einfachen Schritten erstellen.
Einführung in den 3D-Druck mit Desktop-Stereolithografie (SLA)
Sie suchen einen Kunstharz-3D-Drucker, der Ihre 3D-Modelle in hochauflösender Qualität Wirklichkeit werden lässt? Lernen Sie in diesem Whitepaper das Verfahren der Stereolithografie (SLA) näher kennen – von seiner Funktionsweise bis hin zu den Gründen für seinen Status als populärste 3D-Drucktechnologie bei der Umsetzung hochgradig detailtreuer Modelle.
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Schritt 1: Bereiten Sie das Design Ihres maßgeschneiderten Gehäuses vor
Vermessen Sie Ihr elektronisches Bauteil (links). Beginnen Sie Ihr 3D-Modell mit Basis-Boxen (rechts).
In diesem Projekt werden wir ein Gehäuse für einen Pine 64, einen Einplatinencomputer, bauen (laden Sie die STL-Datei auf Pinshape herunter, um mitzumachen). Im Rahmen dieses Tutorials wird Solidworks verwendet, da es im Produktdesign und im Ingenieurwesen sehr beliebt ist. Sie können aber auch eine vergleichbare 3D-Designsoftware verwenden.
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 ebenso 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 Gehäuse 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. Dies hängt von dem 3D-Druckverfahren ab, mit dem Sie Teile drucken möchten. SLA- und SLS-3D-Drucker sind äußerst genau, daher können Sie die Toleranz risikofrei auf 0,5 mm festlegen.
Ein Desktop-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.
Lesen Sie unseren ausführlichen Leitfaden über FDM und SLA-3D-Drucker, um zu erfahren, wie sie sich in Bezug auf Druckqualität, Materialien, Anwendungen, Arbeitsablauf, Geschwindigkeit, Kosten und mehr unterscheiden.
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 Gehäuse 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.
Designoptimierung für funktionale 3D-gedruckte Bauteile
Insbesondere bei Baugruppen verkürzt ein toleranz- und passungsoptimiertes Design die Nachbearbeitungszeit, erleichtert die Montage und reduziert die mit weiteren Iterationen verbundenen Materialkosten. Laden Sie unser Whitepaper herunter, um mehr über Toleranzen und Passungen im 3D-Druckdesign von funktionalen 3D-gedruckten Baugruppen zu erfahren.
Schritt 4: Konstruktion der Schnappverbindung
Das interne Basis-Einrastelement erlaubt eine Verlängerung des einrastenden Kunststoffanteils für eine stärkere Verriegelung.
Es gibt viele Designoptionen für Schnappverbindungen, aber wir haben uns für eine einfache innere Kragbalkenverbindung entschieden. Oben sehen Sie die wichtigsten Details für die Schnappverbindung, die auf beiden Seiten (männliche und weibliche Teile) des Gehäuses gleich sind. Je nachdem, wie viel Platz Sie zur Verfügung haben, können Sie den kleinen Vorsprung verlängern, der in den Hohlraum eingreift, um eine stärkere Verbindung zu erzielen. Bei unserem Schnappverschluss ist dieser nur 1,2 mm lang, doch eine Länge vo 2 mm oder mehr wäre noch sicherer. Bei diesem speziellen Design nehmen die Pins der Leiterplatte eine Menge Raum ein, daher wurde die Verriegelung so konzipiert, dass sie gerade so einrastet und ausreichend Kraft bietet, um das Gehäuse zusammenzuhalten. Das Kragbalkenelement ist 20 mm lang extrudiert, wodurch zusätzliche Stärke erzielt wird.
Diese Explosionszeichnung stellt die Einrastelemente beidseitig detailliert dar.
Oben sehen Sie eine abschnittsweise Explosionsansicht der Schnappverbindung im Gehäuse, zusammen mit der Leiterplatte, die die Position der Pins (in schwarz) zeigt, welche die Größe des Kragbalkenelements begrenzen. Alternativ zur Einrastaussparung im Inneren des unteren Gehäuses lässt sich dieses Detail durch die Außenseite einschneiden, wodurch sich Ihre Einrastelemente 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 Basis-Einrastgehäuse lässt sich an nahezu alle kleine elektronische 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 Gehäuse 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 dem Einrastgehäuse einzigartige Eigenschaften und ist bereit für den 3D-Druck.
Wir stellen vor: Die Materialfamilie PU Rigid – Sprengen Sie die Grenzen des 3D-Drucks
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3D-Druck eines Gehäuses mit Schnappverschlüssen dank SLA
SLA-3D-Druck bietet eine große Bandbreite an technischen Materialien für präzise 3D-Druckteile und Prototypen. Damit reduzieren Sie Kosten, iterieren Designs schneller und bringen bessere Produkte auf den Markt.
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