Schnappverbindungen sind eine schnelle und einfache Möglichkeit, zwei 3D-gedruckte Teile mithilfe von deren ineinandergreifenden Merkmalen miteinander zu verbinden. Dabei handelt es sich nicht nur um eine kostengünstige und zeitsparende Verbindungsmethode, sondern es werden auch weniger Teile in einer Einheit verwendet. Darüber hinaus können sie schnell zusammengebaut und zerlegt werden.
Dieser Artikel deckt die Grundlagen von Schnappverbindungen (auch Stecker oder Clips genannt) für den 3D-Druck ab und befasst sich damit, was beim Konzipieren von Schnappverbindungen mit Kunststoffen und Thermoplasten zu beachten ist und welches 3D-Druckverfahren für die Herstellung der besten Schnappverbindungen optimal ist.
Vor dem Lesen ansehen: Bietet Protolabs Network ein Tutorial für Schnappverbindungen an?
Die Antwort lautet Ja: Wir haben ein Tutorial, das Ingenieuren dabei hilft, perfekte Schnappverbindungen zu konzipieren. Sehen Sie sich vor (bzw. nach) dem Lesen dieses umfassenden Leitfadens dieses clevere Video mit detaillierten Anweisungen für den 3D-Druck von Schnappverbindungen an.
Was sind Schnappverbindungen (bzw. Stecker/Clips)?
Bei einer Schnappverbindung handelt es sich um eine kostengünstige und relativ einfache Methode zum Aneinanderbauen von zwei 3D-gedruckten Kunststoffteilen. Eine Schnappverbindung, die auch als Stecker oder Clip bekannt ist, besteht üblicherweise aus einem kleinen biegsamen Überstand, z. B. einer Kugel, einem Bolzen oder einem Haken, und einer anliegenden Vertiefung, die den Überstand ablenkt und aufnimmt. Indem die beiden Merkmale in Einbaulage einrasten, entsteht eine robuste ineinandergreifende Verbindung.
Sobald das Merkmal eingerastet ist, werden die beiden Teile der Schnappverbindung von einer Kerbe zusammengehalten. Je nach der Form dieser integrierten Kerbe können Schnappverbindungseinheiten auch so erstellt werden, dass diese ineinandergreifende Verbindung permanent ist. Eine gut konzipierte Schnappverbindung mit dem richtigen Material kann mehrfach ohne wahrnehmbare Materialermüdung verwendet werden.
Übliche Arten von Schnappverbindungen: Freiträger und ringförmige Verbindungen
Die beiden am weitesten verbreiteten und üblicherweise effektivsten Arten von Schnappverbindungen sind Freiträger und ringförmige Verbindungen. Diese wollen wir nun genauer betrachten.
Freitragende Schnappverbindungen
Die häufigste Schnappverbindung ist der Freiträger, der an einem Ende des Bauteils über einen Überstand (eine Art Wulst oder Haken) und am anderen Ende über ein strukturelles Stützmerkmal verfügt. Dieser Überstand wird in eine Öffnung eingesetzt und zurückgebogen, um die Verbindung einzurasten.
Freitragende Schnappverbindungen sind leicht zu designen und intuitiv in Bezug auf deren Zusammenbau und Zerlegen. Für viele Anwendungen und Nutzungsbeispiele sind Freiträger die kostengünstigste Option zur Verbindungen von Bauteilen.
Ringförmige Schnappverbindungen
Ringförmige Schnappverbindungen verwenden Tangentialdehnung, um ein zusammengedrücktes Teil in seiner Position zu halten. Zu üblichen Bespielen für ringförmige Schnappverbindungen zählen Flaschenverschlüsse und Stiftkappen. Mit ringförmigen Schnappverbindungen kann ein wasserdichter Verschluss um die Verbindung herum geschaffen werden.
Welche Vorteile habe Schnappverbindungen beim 3D-Druck?
Während das Spritzgießen oft als robustere Möglichkeit zur Fertigung von Schnappverbindungen angesehen wird, handelt es sich beim 3D-Druck mit dem richtigen Design und Material um eine realisierbare Alternative (wenn nicht sogar um das beliebteste Verfahren).
3D-gedruckte Schnappverbindungen unterliegen keinen der Designbeschränkungen, die mit Spritzguss in Verbindung stehen (z. B. Entformungsschrägen, Trennlinien, Wandstärke und Kerben), und kann leicht designt und verändert werden. Daher eignen sie sich gut für das Rapid Prototyping, bei dem Spiel und Passung äußerst wichtig sind. Aus diesem Grund setzen Designer normalerweise den 3D-Druck für Schnappverbindungen in Verkleidungen ein.
Welche Materialien werden für den 3D-Druck von Schnappverbindungen verwendet?
Jedes 3D-Druckverfahren hat seine Vor- und Nachteile in Bezug auf die Herstellung von Teilen mit Schnappverbindungen. Dies liegt zum Teil an den mit den hauptsächlichen additiven Fertigungsverfahren verwendeten Materialien.
Bei FDM handelt es sich um die kostengünstigste Option zur Herstellung von Schnappverbindungen. Das Verfahren ist zwar effektiv, verfügt jedoch im Vergleich zu anderen Druckmethoden über eine geringere Genauigkeit. Falls Sie sich für FDM entscheiden, empfehlen wir die Verwendung belastungsbeständiger Materialien wie ABS, Nylon und TPU.
Bei SLA- Kunstharzen handelt es sich auch um gute Optionen für die Herstellung von Schnappverbindungen, sie sind jedoch relativ spröde. Beim Einsatz von Kunstharzen kann sich die Möglichkeit erhöhen, dass die Schnappverbindung nach mehrfacher Verwendung bricht. Wir empfehlen beständigen SLA-Kunstharz, falls Sie Schnappverbindungen mit dieser Technologie drucken möchten.
SLS eignet sich besser als FDM und SLA für das Drucken funktionaler Schnappverbindungsprototypen und Endverbrauchsteile, die oft geöffnet und geschlossen werden. Das beste Material mit der besten Reißfestigkeit ist SLS Nylon.
Ähnlich wie SLS eignet sich MJF (HPs Multi Jet Fusion) optimal für die Herstellung von Schnappverbindungen. Mithilfe von MJF werden robuste Teile aus Nylon PA 12 und einigen anderen Nylon- und Polypropylenoptionen hergestellt. Bei MJF ist jedoch zu beachten, dass einige Designrichtlinien zu befolgen sind, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Wir empfehlen beispielsweise eine Mindeststärke von 1 mm am Fuß des Freiträgers und eine allgemeine Mindestüberhangtiefe von mindestens 1 mm.
Was sind allgemeine Probleme, die beim Designen von Schnappverbindungen auftreten können?
Der Designprozess für Schnappverbindung ist nicht bei allen Verfahren, Materialien und Anwendungen gleich. Ingenieure, die Schnappverbindungsdesigns für den 3D-Druck erstellen, stehen häufig vor einigen Herausforderungen. Im Folgenden betrachten wir die wichtigsten.
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Scharfe Kanten im Design können zur Belastung eines Freiträgers führen, was die Wahrscheinlichkeit erhöhen kann, dass eine Verbindung abbricht.
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Eine konstante Belastung von Kunststoffen und Thermoplasten führt häufig zu Kriechen (Verformung). Kriechen kann die Schnappverbindung mit der Zeit schwächen und diese sogar komplett beeinträchtigen.
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Inkorrekt angeordnete Spalten in Teilen können zu Toleranzproblemen führen, was wiederum dazu führt, dass das Zusammenfügen von Teilen erschwert wird.
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Je häufiger Sie Schnappverbindungen zusammenbauen und zerlegen, desto wahrscheinlicher sind Ermüdungsbrüche.
Im Allgemeinen werden Schnappverbindungen während des Anbauens der höchsten Belastung ausgesetzt und sollten nach Abschluss des Verbindungsvorgangs wieder in ihre Ausgangsposition zurückkehren. Je nach der Kerbenform können Schnappverbindungen auch so designt werden, dass sie permanent sind. Eine Schnappverbindung mit gutem Design und geeignetem Material kann ohne wahrnehmbare Ermüdung mehrfach wiederverwendet werden.
Wie lauten die richtigen Toleranzen für Schnappverbindungen?
3D-Druckeigenschaften können sich stark unterscheiden – von der Druckerkalibrierung und den Materialien bis hin zur Druckertechnologie selbst. Aufgrund dieser unterschiedlichen Faktoren gibt es keine strengen Toleranzregeln für das Drucken von Schnappverbindungen und Steckverbindungen.
Es gibt zwar keine festen Regeln, wir empfehlen jedoch die folgenden optimalen Toleranzen für verschiedene Arten von 3D-Druckern.
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Für FDM (Fused Deposition Modeling): 0,5 mm
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Für SLA (Stereolithographie), SLS (selekives Lasersintern) und MJF: 0,3 mm
Welche bewährten Methoden gibt es für das Design von 3D-gedruckten Schnappverbindungen?
Beim Designen von Schnappverbindungen für 3D-gedruckte Teile ist es wichtig, Merkmale zu beachten, die zu einer Verringerung von Beanspruchung und Belastung der Schnappverbindungseinheit führen. Im Folgenden finden Sie einige unserer bewährten Methoden für das Design von Schnappverbindungen für den 3D-Druck.
Design verdünnen
Eine freitragende Schnappverbindung mit konstantem Schnittbild verfügt über eine ungleichmäßige Belastungsverteilung. Wir empfehlen eine Verringerung des Schnittbilds des Freiträgers über dessen Länge. Damit wird weniger Material verwendet und das Ergebnis ist eine gleichmäßigere Verteilung der Belastung über die gesamte freitragende Verbindung hinweg.
Fuß des Freiträgers entgraten:
Durch das Hinzufügen einer Ausrundung am Fuß des Freiträgers wird die Belastung auf einen breiteren Bereich verteilt. Dies führt zu einer stärkeren Verbindung zwischen den Bauteilen der Schnappverbindung. Der Radius der Ausrundung muss mindestens 0,5 Mal die Stärke des Freiträgerfußes entsprechen.
Die Breite erhöhen:
Falls es im Rahmen der Designbeschränkungen machbar ist, die Breite des Clips zu erhöhen, führt dies zu einem stärkeren Design. Es sind eventuell mehrere Iterationen erforderlich, um die korrekte Steifigkeit des Teils zu erhalten. Bedenken Sie bitte in jedem Fall, dass der Clip eine Breite von mindestens 5 mm aufweisen muss.
Ablenkung während des Zusammenbaus:
Stellen Sie zur Verringerung der Belastung und zur Verbesserung der Verbindungsstärke sicher, dass der Freiträger nur während des Zusammenbaus abgelenkt wird und nicht, wenn die Bauteile miteinander verbunden werden.
Beachten Sie die Baurichtung:
Vermeiden Sie, wenn möglich, das Design von freitragenden Schnappverbindungen, die vertikal gebaut sind (in Z-Richtung). Diese sind aufgrund der anisotropischen Natur des 3D-Drucks schon an sich schwächer.
Ösen hinzufügen:
Erwägen Sie, Ösen zu Ihrer Baugruppe hinzuzufügen, um bei der Ausrichtung der Bauteile behilflich zu sein und um die Belastung, der Ihre Schnappverbindungsclips eventuell ausgesetzt sind, zu übertragen.
Unsere Top-Tipps und -Kniffe für das Design von Schnappverbindungen
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Fundierte Designprinzipien sind das A und O Ihrer Schnappverbindungen. Denken Sie daran, gute Designpraktiken einzusetzen, die Belastungen (Ausrundungen, Baurichtung und Aufhängeösen) und Spannungen (zugespitzte Profile und freitragende Breiten) verringern.
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Wählen Sie die richtigen Toleranzen für verschiedene 3D-Drucker. Verwenden Sie 0,5 mm Toleranzen für FDM-Schnappverbindungen und 0,3 mm Toleranzen für alle anderen 3D-Druckverfahren.
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Überlegen Sie sich im Voraus, welche Materialien Sie einsetzen möchten.
Kunststoffe für das Prototyping sind ideal für die Bestätigung Ihres Designs, sie sind jedoch normalerweise schwächer als SLS- oder Material-Jetting-Materialien. Denken Sie über funktionale bzw. Endnutzer-Materialien für Anwendungen nach, bei denen die Verbindung wiederholt geöffnet und geschlossen wird.
Um mehr über den 3D-Druck zu erfahren, sehen Sie sich unseren kompletten Leitfaden mit einer umfassenden Übersicht und detaillierten Design- und Fertigungstipps an.
Wenn Sie bereit sind, Ihre Teile fertigen zu lassen, dann können Sie direkt zur Plattform von Protolabs Network navigieren, um ein Sofortangebot anzufordern und unsere eigene DFM-Analyse zu erkunden. Außerdem können Sie sich an networksales@protolabs.com wenden, wo Sie weitere Informationen erhalten und Ihnen ein spezialisierter Account-Manager zugewiesen werden kann.
Frequently asked questions
Wo werden Schnappverbindungen eingesetzt?
Snap-fits worden gebruikt om 3D geprinte en spuitgegoten kunststof onderdelen op een eenvoudige en kosteneffectieve manier met elkaar te verbinden.
Wie lange halten Schnappverbindungen?
Aufgrund der für die Funktion erforderliche Biegebewegung verfügen Schnappverbindungen über eine begrenzte Lebensdauer. Diese Lebensdauer ist stark von der Technologie und dem verwendeten Material abhängig. Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass mit dem richtigen Design und korrekten Druckverfahren Schnappverbindungen erzeugt werden können, die leicht mit per Einspritzguss erstellten Verbindungen mithalten können.
Welche Materialien eignen sich am besten für das Design von Schnappverbindungen?
Flexible Materialien wie ABS, PETG und Nylon eignen sich im Gegensatz zu spröderen Materialien wie PLA und Standard-SLA-Kunstharzen optimal für Schnappverbindungen. Sie können ein beliebiges dieser Materialien einsetzen, je nachdem, welche Art von Schnappverbindung Sie fertigen möchten.
Wie lauten die richtigen Toleranzen für Schnappverbindungen?
Bei der Verwendung von FDM sollte die Toleranz 0,5 mm betragen. Für alle anderen 3D-Druckmaschinen ist eine Toleranz von 0,3 mm zu verwenden.
Eignet sich der 3D-Druck besser für die Herstellung von Schnappverbindungen als der Spritzguss?
3D-gedruckte Schnappverbindungen unterliegen viel weniger Designbeschränkungen als der Spritzguss. Daher eignet sich dieses Verfahren besonders optimal für Rapid-Prototyping-Anwendungen.
Wie erstellt man bessere 3D-Druck-Designs für Schnappverbindungen?
Beim Erstellen von 3D-Druck-Designs für Schnappverbindungen ist darauf zu achten, die Belastung auf die Baugruppe zu verringern. Dies ist unter anderem durch das Abschrägen des Designs, das Entgraten des Fußes (für freitragende Verbindungen) und das Hinzufügen von Distanzstücken zum Design möglich.
Welches Material eignet sich am besten für den 3D-Druck von Schnappverbindungen?
Für viele Anwendungen empfehlen wir die Verwendung von SLS-Nylon aufgrund von dessen beeindruckender Reißfestigkeit.
