Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

प्रोटोटाइप जो लास्ट: ड्यूरेबल पार्ट्स बनाने के लिए सरल टिप्स, भाग 2

कम लागत वाली 3 डी प्रिंटिंग और सीएनसी मशीनिंग में प्रगति ने शौकियों की बढ़ती संख्या को अपने घरों की गोपनीयता में जटिल भागों को डिजाइन और निर्माण करना आसान बना दिया है। काश, प्रौद्योगिकी ही हमेशा पर्याप्त नहीं होती: पीएलए से बाहर किए गए कार्यात्मक प्रोटोटाइप या एचडीपीई से बाहर किए गए उपकरण अक्सर आश्चर्यजनक रूप से कम कठोरता और ताकत साबित होते हैं।

पिछले कि प्रोटोटाइप की पिछली किस्त में, हमने कई सरल, शक्तिशाली तरीकों की जांच की और उन्हें बनाने वाले भागों की लोड सीमाओं की भविष्यवाणी और सुधार किया। यह काफी उपयोगी है, लेकिन हमने इस तथ्य को आसानी से नजरअंदाज कर दिया है कि यांत्रिक घटकों के लोचदार विरूपण कभी-कभी एक समस्या बन सकते हैं, जब तक कि वे किसी भी प्रकार की संरचनात्मक विफलता से ग्रस्त हो जाते हैं। सब के बाद, एक लिंकेज जो बेतरतीब ढंग से बकल लोड के तहत टुकड़ों में बिखरने वाले लिंकेज से बेहतर नहीं हो सकता है।

आइए हम पिछले सप्ताह को छोड़ दें, और इसे एक बार और सभी के लिए छाँटें।

जकड़न को समझना

जैसा कि आप कल्पना कर सकते हैं, सभी सामग्री लोड के तहत विक्षेपित होती हैं; यह पता लगाने के लिए कि इस प्रक्रिया में कौन से कारक भूमिका निभाते हैं, यह उस सरल, आदर्शित मॉडल पर वापस जाने में मदद करता है जिसे हमने इस लेख के पिछले भाग में भरोसा किया है। विनम्र ब्रैकट बीम को याद करें:

ब्रैकट बीम, एक बिंदु लोड के तहत विक्षेपण इसके अंत में लागू होता है।

विक्षेपण के लिए प्रायोगिक रूप से व्युत्पन्न सूत्र (डी) जो इस बीम को इसके व्यापार अंत के पास अनुभव करेगा वह इस प्रकार है:

डी = एफझुकना* L * / (3 * E * Iएक्स )

आइए इस समीकरण पर एक नज़र डालें कि यह कैसे काम करता है। सबसे पहले, हमारे पास फ्लेक्सुरल मापांक (ई) है - एक अंतर्निहित, सामग्री-विशिष्ट निरंतर जो अनुभवी तनाव और परिणामस्वरूप विकृति के बीच संबंध का वर्णन करता है; उत्पाद डेटाशीट में इस मान को आसानी से देखा जा सकता है। इसके अलावा, विक्षेपण लागू बल (एफ) के रैखिक आनुपातिक प्रतीत होता है और भाग की लंबाई (एल) के घन के साथ बढ़ जाता है। इसके बारे में कुछ भी विशेष रूप से अप्रत्याशित नहीं होना चाहिए।

वास्तव में दिलचस्प हिस्सा यह है कि विक्षेपण जड़ता (Iएक्स) - जो, जैसा कि पिछले सप्ताह के लेख में चर्चा की गई है, बीम के क्रॉस-सेक्शन के भीतर सामग्री के वितरण का एक विशेष उपाय है। दूसरे शब्दों में, शेष पैरामीटर शेष स्थिर होने के साथ, जड़ता का क्षण भाग कठोरता का प्रत्यक्ष माप बन जाता है।

बेशक, यह कथन अकेले हमें बहुत कुछ नहीं बताता है। तो, आइए मेरे लिए पहले से शुरू किए गए सूत्र को खोदेंएक्स आयताकार बीम में:

मैंएक्स = डब्ल्यू * एच³ / १२

ए-हा! यह हमें बताता है कि एक आयताकार बीम की कठोरता इसकी चौड़ाई (डब्ल्यू) के लिए रैखिक रूप से आनुपातिक होगी, और इसकी मोटाई (एच) के घन के आनुपातिक है। यद्यपि यह सटीक सूत्र केवल आयताकार क्रॉस-सेक्शन के लिए मान्य है, वही सामान्य संबंध अक्सर अन्य सरल आकृतियों के लिए भी सही होता है।

गणित सांसारिक लग सकता है, लेकिन पिछले सप्ताह हमने जो सोचा प्रयोग किया था, उस पर दोबारा विचार करके इसे अभ्यास में आजमाएं। इसके बाद, हमने एक विशेष यांत्रिक घटक की लोड-असर क्षमता को तीन गुना करने की कोशिश की। यहां मूल समाधानों में से प्रत्येक मेरे लिए क्या करेगाएक्स:

  1. प्रस्तावित विधियों में से पहला भाग की चौड़ाई को तीन गुना करने पर निर्भर करता है। चूंकि यह पैरामीटर (w) हमारे नए समीकरण को एक रैखिक तरीके से प्रभावित करता है, दृष्टिकोण तीन के कारक द्वारा कठोरता में सुधार करता है। अब तक, कोई आश्चर्य नहीं।
  2. पिछले सप्ताह के दूसरे दृष्टिकोण ने बीम की ऊंचाई (एच) को 1 से बदलकर 1.73 मिमी कर दिया। समीकरण पर एक त्वरित नज़र से पता चलता है कि इससे मुझे वृद्धि होगीएक्स 1.73 the / 1³ 5.18 के कारक द्वारा। दूसरे शब्दों में, भाग की मोटाई में मामूली बदलाव ने इसे न केवल काफी मजबूत बना दिया, बल्कि पांच गुना कठोर भी बना दिया। दिलचस्प है, है ना?
  3. अंतिम समाधान लगभग चौकोर आकार के आई-बीम के निर्माण के लिए किया गया था। जैसा कि पहले चर्चा की गई है, मैं की प्रतीकात्मक गणनाएक्स क्योंकि मैं बीम गन्दा हूं, लेकिन हम सीएडी प्रोग्राम का उपयोग कर सकते हैं या आयामों को ऑनलाइन कैलकुलेटर में प्लग कर सकते हैं कि क्या होता है। ऐसा करने से, हम जल्दी से पुष्टि कर सकते हैं कि जड़ता का क्षण मूल 0.4 x 1 मिमी क्रॉस-सेक्शन के लिए ~ 0.417 mm can से बदलकर, I- बीम के लिए ~ 3.246 mm⁴ - लगभग आठ के एक कारक से बढ़ जाता है। बीम की भार क्षमता में बहुत कम स्पष्ट परिवर्तन की तुलना में, जो कि हमने मूल रूप से लक्ष्य किया है, वह काफी आश्चर्यजनक टक्कर है।

अंत में, भाग ज्यामिति में तुच्छ लेकिन सूचित बदलाव करके, हमने इसके वजन को कम करने और नाटकीय रूप से झुक जाने की अपनी क्षमता में सुधार करने में कामयाबी हासिल की। हम केवल ABS से PEEK में जाने से ऐसे परिणामों के करीब नहीं आएंगे; वास्तव में, एल्युमिनियम को रखने में मुश्किल समय होगा।

और यह कि यह आम तौर पर औद्योगिक डिजाइन में कैसे जाता है: सरल चाल, और अंतरिक्ष-युग के कंपोजिट नहीं हैं, जो प्लास्टिक के उपकरणों को टिकाऊ, कठोर, हल्के और छोटे बनाते हैं।

कमरे में अंतिम हाथी: प्रभाव शक्ति

सिद्धांत रूप में, किसी दिए गए सामग्री के लचीले गुणों, शायद इसकी तन्यता और संपीड़न ताकत के साथ, यह कैसे प्रदर्शन करेगा की एक बहुत व्यापक तस्वीर को चित्रित करना चाहिए। लेकिन व्यवहार में, चीजें हमेशा इस तरह से काम नहीं करती हैं। यदि आप साहसी महसूस कर रहे हैं, तो दूध से बने खाद्य भंडारण कंटेनर को पकड़ो, पॉलीप्रोपाइलीन के रूप में जाना जाने वाला पारभासी प्लास्टिक। अपने घर के सामने जाओ और इसे कंक्रीट पर पटकने की कोशिश करो: संभावना है, यह बस वापस उछाल देगा। अब इसे ऐक्रेलिक ग्लास से बनी किसी भी चीज़ के साथ आज़माएं, बस इसे टुकड़ों में तोड़ते हुए देखें। इस परिणाम का कोई मतलब नहीं है: ऐक्रेलिक ग्लास की फ्लेक्सुरल ताकत पॉलीप्रोपाइलीन की तुलना में दोगुनी है। कुछ स्पष्ट रूप से एमिस है!

खैर, जैसा कि यह पता चला है, जब अचानक, स्थानीयकृत झटके के अधीन, कुछ पॉलिमर बस ऊर्जा को तेजी से नहीं फैला सकते हैं - एक प्रभाव पानी और स्टार्च के साथ क्लासिक प्रयोग की याद दिलाता है, जो अगर धीरे से संभाला जाता है, लेकिन हिट होने पर टूट जाता है । इस प्रकार की विफलता के लिए प्लास्टिक की भेद्यता की मात्रा निर्धारित करने के लिए, इंजीनियरों ने एक अपेक्षाकृत क्रूड विधि तैयार की है जिसे "नॉटेड इज़ोड इफेक्ट टेस्ट" के रूप में जाना जाता है। प्रक्रिया एक हथौड़े की तरह पेंडुलम द्वारा खोई गई ऊर्जा को मापती है क्योंकि यह अपने मार्ग में रखी सामग्री के एक नोकदार नमूने से टकराती है। परिणामी मूल्य में flexural मापांक या flexural शक्ति के साथ जुड़े सार्वभौमिक महत्व नहीं है - लेकिन यह हमें विभिन्न पदार्थों की कठोरता की तुलना करने का एक सुविधाजनक तरीका देता है, जिनके बारे में हम ध्यान रखते हैं।

प्लास्टिक का प्रभाव परीक्षण, नोकदार इज़ोद रास्ता।

इस प्रयोग में विभिन्न सामग्रियों का प्रदर्शन कैसे किया जाता है, इस पर हमारी नज़दीकी नज़र होगी, लेकिन अब, एक छोटे से विस्तार पर ध्यान दें: यह तथ्य कि परीक्षण से पहले नमूना सामने आया है कोई दुर्घटना नहीं है। रणनीतिक रूप से सबसे तीव्र तन्य तनाव के क्षेत्र में रखा गया एक पायदान दोष विकसित करने के लिए एक प्राकृतिक स्थान प्रदान करता है; इसके बिना, लगभग सभी सामग्री नाटकीय रूप से बेहतर होती हैं - और पूरा परीक्षण बहुत कम सार्थक हो जाता है।

यह हमें एक और सरल डिजाइन टिप पर लाता है: सामान्य रूप से बचे हुए तनाव के तहत सामग्री विफलताओं से बचने के लिए - यह अचानक या निरंतर होना चाहिए - औद्योगिक डिजाइनर किसी भी स्थान पर तेज कोनों और notches से बचने की कोशिश करते हैं जो संभवतः महत्वपूर्ण भार के अधीन हो सकते हैं। परेशानी से बचने का एक सामान्य तरीका है कि फिलामेंट्स और बॉस को जोड़ा जाए जो कि समान रूप से भाग की संरचना के माध्यम से तनाव को अलग करते हैं:

फीलेट्स और पसलियों को स्थानीयकृत तनाव को रोका जा सकता है।

चूंकि इस तरह की विशेषताओं को शामिल करने की लागत नगण्य है, इसलिए आमतौर पर उनकी आवश्यकता की जांच करने का कोई मतलब नहीं है - विशेष रूप से यह देखते हुए कि इस सवाल का पूरी तरह से जवाब देने के लिए आपको हेवीवेट परिमित तत्व विधि उपकरण को बाहर करने की आवश्यकता हो सकती है, बजाय इस तरह की सरलीकृत बीम गणना के। । सबसे अच्छा तरीका सिर्फ यह है कि आप जहां भी हो, तनाव से राहत देने वाली सुविधाओं को डालने की आदत डालें।

गोल कोनों और मालिकों को एक ऑफ-द-शेल्फ हैमंड प्रोजेक्ट बॉक्स में प्रभाव प्रतिरोध में सुधार होता है।

तो ... क्या सामग्री बिल्कुल भी मायने रखती है?

ओह, यह निश्चित रूप से करता है! इस श्रृंखला में डिज़ाइन की गई तकनीकों की चर्चा अक्सर उच्च-अंत प्रोटोटाइप सामग्री पर स्विच करने की तुलना में अधिक स्पष्ट प्रभाव होती है - लेकिन यदि आप एक ऐसे स्टॉक से शुरू करते हैं जो आपकी आवश्यकताओं के लिए खराब अनुकूल है, तो आपको इसकी सीमाओं के आसपास काम करने की आवश्यकता होगी अक्सर, और अधिक घुसपैठ के तरीकों में।

इस भावना में, कुछ लोकप्रिय प्रोटोटाइप प्लास्टिक के गुणों पर एक त्वरित नज़र डालकर चर्चा को लपेटें, और वे आपके द्वारा परिचित होने वाले रोज़ पॉलिमर से कैसे संबंधित हो सकते हैं:

बेशक, तालिका आधिकारिक नहीं है: इनमें से प्रत्येक पॉलिमर विभिन्न प्रकार के ग्रेड में उपलब्ध है, और अंतिम गुण इसके संरचना में शामिल भराव, प्लास्टिसाइज़र और अन्य पदार्थों के आधार पर अलग-अलग होंगे। फिर भी, प्रदान की गई संख्या से आपको सामान्य ज्ञान देना चाहिए कि चीजें कहां खड़ी हैं।

दिलचस्प है, डेटा आमतौर पर DIY काम में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के साथ कई चुनौतियों का खुलासा करता है। उदाहरण के लिए, पीएलए - एफडीएम प्रोटोटाइप के लिए पसंद के प्लास्टिक में से एक - अपने शुद्ध रूप में काफी भंगुर है। फिलामेंट निर्माताओं में से कुछ इसके प्रभाव प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए प्लास्टिसाइज़र या कॉपोलिमर जोड़ रहे हैं, लेकिन ऐसा करने की संभावना नाटकीय रूप से लचीली शक्ति और उत्पादित भागों की कठोरता को कम करती है।

जब कम लागत वाले एफडीएम अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है, तो पीएलए और एबीएस की मामूली नाममात्र आगे की प्रक्रिया प्रक्रिया की प्रकृति से कम आंकी जाती है: परत आसंजन मुद्दे, मोटाई में भिन्नता, और गैस बुलबुले जैसे बयान दोष एक महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रभाव डाल सकते हैं। परिणामी प्रोटोटाइप के प्रदर्शन पर।

आमतौर पर शौक़ीन सीएनसी में नियोजित सामग्री आवश्यक रूप से बेहतर नहीं होती है। एचडीपीई से बाहर के हिस्से, एक एंट्री-लेवल मशीनिंग फीडस्टॉक, बेहद चुलबुले हैं - और सामग्री का स्पष्ट लचीलापन इसे ठीक यांत्रिक कार्यों में उपयोग करने के लिए चुनौतीपूर्ण बनाता है। ऐक्रेलिक ग्लास, अन्य आम पसंद, लगभग सभी मामलों में एक असाधारण प्लास्टिक है, लेकिन बहुत कम प्रभाव शक्ति से ग्रस्त है। वास्तव में, सामग्री इतनी भंगुर है कि मशीनिंग प्रक्रिया के दौरान भी तनाव क्रैकिंग एक महत्वपूर्ण मुद्दा है।

सामान्य तौर पर, शौक 3 डी प्रिंटिंग और सीएनसी मशीनिंग में इस्तेमाल की जाने वाली सामान्य, कम लागत वाली सामग्री का विकल्प प्रभावशाली नहीं है, और संभावित बेहतर प्रदर्शन करने वाले कई विकल्पों के साथ काम करना मुश्किल या मुश्किल है। यही कारण है कि मैं सीएडी-चालित राल कास्टिंग का एक प्रशंसक हूं, एक ऐसी प्रक्रिया जो आपको आज उपयोग करने वाले टॉप-नोच इंजीनियरिंग प्लास्टिक की पसंद को बारीकी से और सस्ते में अनुमति देती है।

तो, वैसे भी कास्टिंग रेजिन की तुलना कैसे होती है?

संक्षिप्त उत्तर: यह वास्तव में निर्भर करता है। निम्न तालिका पॉलिएस्टर और epoxy केमिस्ट्री पर आधारित उत्पादों के दो अर्ध-प्रतिनिधि उदाहरणों के साथ लोकप्रिय पॉलीयूरेथेन कास्टिंग रेजिन में से कुछ का त्वरित अवलोकन प्रदान करती है:

संक्षेप में, DIY उपयोगकर्ताओं पर लक्षित रेजिन का एक अच्छा हिस्सा असाधारण रूप से भंगुर है या अच्छी तरह से अप्रभावी flexural ताकत है। इसमें कोई दुर्भावना नहीं है: इस तरह के रेजिन के साथ काम करने के लिए आमतौर पर थोड़ा आसान होता है - और कलात्मक अनुप्रयोगों में, यांत्रिक गुण बहुत मायने नहीं रखते हैं।

उस ने कहा, बाजार पर उपलब्ध कुछ "प्रो" पॉलीयुरथेन आसानी से नायलॉन और अन्य इंजीनियरिंग प्लास्टिक को बेहतर बनाते हैं - यहां तक ​​कि पीईके जैसे "सुपर-पॉलिमर" के चुनिंदा गुणों की ओर भी। इसके शीर्ष पर, कास्टेबल रेजिन के प्रदर्शन को बहुत कम प्रयासों के साथ नाटकीय रूप से समायोजित किया जा सकता है: उदाहरण के लिए, मिल्ड ग्लास फाइबर को जोड़ने से फ्लेक्सुरल ताकत बढ़ जाती है और आसानी से फ्लेक्सुरल मापांक दोगुना हो जाता है, हालांकि यह प्रभाव शक्ति की कीमत पर होता है।

समापन शब्द

भाग डिजाइन शायद ही कभी सहज है, और यहां तक ​​कि सबसे सीधी परियोजनाओं के लिए उन्हें उचित ज्ञान और उचित अनुभव की आवश्यकता होती है। इसका एक कारण है कि वाणिज्यिक उत्पादों से प्रतिस्पर्धा करने वाली टिकाऊ रोजमर्रा की वस्तुओं का गृह निर्माण उतना आसान या कम लागत वाला नहीं है जितना यह लग सकता है।

यह कहा गया है, हालांकि उन्नत मैकेनिकल इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान विषय आकस्मिक आगंतुकों के लिए पूरी तरह से भयभीत कर सकते हैं, बहुत सारे सरल और सहज ज्ञान युक्त विचार हैं जिन्हें आरपीएन कैलकुलेटर और एक स्लाइड नियम खरीदने के बिना सफलतापूर्वक नियोजित किया जा सकता है। बेशक, उन्हें मास्टर करने के लिए, यह विनिर्माण उद्योग से सीखने में मदद करता है - बल्कि उन्हें अतीत की बात के रूप में खारिज करने के लिए।

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