Как спроектировать корпусы с замковыми соединениями и напечатать их на 3D-принтере

Если вы — разработчик продукта или инженер, в определенный момент у вас может возникнуть потребность в корпусе индивидуальной конструкции. Это может быть простой контейнер для организации мелких предметов или полностью рабочий прототип, напечатанный на 3D-принтере для демонстрации заинтересованным лицам или проведения испытаний перед переходом к литью под давлением.

Используя программное обеспечение САПР и настольные 3D-принтеры, можно изготовить корпус с соединяющимися защелками всего в пять простых этапов.

Измерьте электронные компоненты (слева). Начните создание 3D-модели со стандартных коробок (справа).

В этом проекте мы будем создавать корпус для одноплатного компьютера Pine 64 (скачайте файл STL на сайте Pinshape, чтобы повторять действия на своем оборудовании). В этой статье мы используем популярную среди специалистов по разработке и проектированию программу SolidWorks, но вы можете использовать аналогичное программное обеспечение для 3D-проектирования.

Сначала возьмите цифровой штангенциркуль или линейку и измерьте электронные компоненты. Нам нравится начинать проектирование корпусов с точного обратного проектирования печатной платы, определения ее размеров, расположения монтажных отверстий, а также всех разъемов или штекеров, к которым необходимо будет получать доступ через корпус. Возможно, вы захотите просто измерить максимальные размеры в виде параллелепипеда, но очень важно точно знать, где находятся основные компоненты, чтобы их можно было правильно разместить. Воспроизведите эти измерения в SolidWorks, скомпоновав параллелепипеды в файле одной модели.

В SolidWorks корпус лучше всего проектировать в виде сборной модели, разрабатывая половины как отдельные детали. Создайте новую деталь, которая будет основанием корпуса. Первое важное решение, которое необходимо принять — это определить, какое расстояние допускается между периметром печатной платы и корпусом. Это зависит от технологии 3D-печати, которую вы собираетесь использовать. 3D-принтеры на основе технологий SLA и SLS отличаются высокой точностью, поэтому можно без опасений установить допуск на уровне 0,5 мм.

Настольный 3D-принтер на основе технологии FDM может деформировать вашу конструкцию и приподнять его с платформы, поэтому тут нужно предусмотреть более высокий допуск на уровне 1,5–2 мм. Это позволит гарантировать размещение печатной платы в корпусе, даже если его стенки будут незначительно деформированы.

Ознакомьтесь с нашим подробным руководством, где сравниваются 3D-принтеры на основе технологий FDM и SLA, чтобы узнать их различия с точки зрения качества печати, материалов, применения, рабочего процесса, скорости, затрат и т. д.

Дальше нужно сделать отверстия для разъемов. Одна из распространенных ошибок заключается в вырезании отверстия, достаточного для доступа к разъему, будь то USB или HDMI, без учета того, что многие кабели вокруг штекерного разъема могут быть достаточно громоздкими и должны вставляться в корпус для подключения к разъему (особенно если разъем на печатной плате находится на большем расстоянии от корпуса). Поэтому для разъемов лучше делать отверстия большего размера. Можно добавить от 2 мм по периметру.

Как видно на приведенном выше изображении, мы включили вырезы, которые идут до самого верха детали, и одно отверстие под карту Micro SD. Некоторые вырезы достигают верхней части детали, потому что разъемы на печатной плате выходят за ее края, и в противном случае плату было бы очень затруднительно устанавливать в корпус. Часть этих вырезов будет закрыта верхней половиной корпуса, но вы можете сделать нижнюю половину больше, чтобы разместить в ней всю печатную плату с разъемами. Просто не забывайте при этом, что вам придется вставлять соединительные кабели вглубь корпуса.

Если вы закончили проектировать нижнюю часть, то с верхней у вас не будет проблем. На приведенном выше изображении показан эффект линии разъединения, проходящей по периметру между двумя половинами корпуса. В верхней части корпуса должны быть аналогичные вырезы для высоких разъемов, а также больше материала в местах соприкосновения с некоторыми вырезами в нижней половине. Кроме того, мы добавили дополнительную утопленную часть в середине.

Из множества конструкций защелкивающихся компонентов мы остановились на стандартном внутреннем консольном соединении. На приведенном выше изображении показаны основные детали для замкового соединения, абсолютно идентичные на обеих половинах корпуса (охватываемые и охватывающие компоненты). В зависимости от доступного рабочего пространства можно удлинить небольшой выступ, вставляемый в полость замка, чтобы улучшить сцепление. В нашей модели его длина составляет всего 1,2 мм, но при длине от 2 мм замок был бы значительно надежнее. В этом конкретном исполнении контакты на печатной плате занимают много места, поэтому замок спроектирован так, чтобы просто вдавливаться, обеспечивая при этом достаточное усилие для фиксации корпуса. Консольное соединение имеет выступ длиной 20 мм, что повышает его надежность.

На приведенном выше изображении показаны компоненты замкового соединения, а также расположение на печатной плате контактов (черного цвета), ограничивающих размер консольного соединения. Вместо расположения защелкивающихся элементов внутри нижнего корпуса также можно расположить выступы в сквозных отверстиях, что позволит увеличить их длину.

Добавьте лепестки к вашей конструкции, чтобы половинки не скользили. Лепестки представляют собой небольшие выступы, которые вставляются в противоположную часть корпуса. Так как мы создали два замковых соединения на противоположных деталях, они могут понадобиться только с двух сторон, где соединений нет. Этот корпус крупный, поэтому мы помещаем их в каждый угол. Материал выступает всего на 3 мм, но этого достаточно, чтобы предотвратить движение скрепленных деталей, напечатанных на 3D-принтере.

Хотя этого может быть достаточно для вашего проекта, несколько дополнительных деталей помогут оживить ваш 3D-корпус. Мы добавили в этот проект вдавленный текст для названия Pine 64 и таких деталей, как разъем для SD-карты. Мы добавили логотип Pine 64 не только для красоты, но и для вентиляции, так как эти платы могут нагреваться. Кроме того, эти детали позволяют сэкономить материал, используемый для 3D-печати. Наконец, пара рельефных выступов рядом с замковыми соединениями помогают определить, где нужно надавить, чтобы открыть корпус.

Стереолитографическая 3D-печать позволяет создавать точные модели и прототипы из широкого ассортимента инженерных полимеров и позволяет сократить расходы, ускорить цикл разработки и повысить рыночные стандарты.

Хотите увидеть, что можно напечатать на стереолитографическом 3D-принтере? Мы отправим бесплатный образец 3D-печати прямо в ваш офис.