Snap-fit verbindingen zijn een snelle en eenvoudige manier om twee 3D geprinte onderdelen in elkaar te laten klikken. Dit is niet alleen voordelig en tijdbesparend, deze techniek maakt het ook mogelijk om het aantal benodigde onderdelen te verminderen. Bovendien bieden klikverbindingen de mogelijkheid tot snelle montage en demontage.
Dit artikel behandelt de basisprincipes van snap-fit verbindingen (ook wel klikverbindingen of clips genoemd) en 3D printen, waar je rekening mee moet houden bij het ontwerpen van snap-fits, welke kunststoffen en thermoplasten worden gebruikt, en welk 3D printproces de beste snap-fits oplevert.
Eerst kijken, dan lezen: heeft Protolabs Network een tutorial over snap-fits?
Jazeker! Wij hebben een tutorial voor het ontwerp van de beste snap-fits. Maar bekijk vóór het lezen van de uitgebreide handleiding eerst deze handige video met gedetailleerde instructies voor het 3D printen van snap-fits.
Wat zijn snap-fits of klikverbindingen?
Een snap-fit verbinding is een kosteneffectieve en relatief eenvoudige manier om twee 3D geprinte onderdelen van kunststof aan elkaar te bevestigen. Een snap-fit of clip/klem bestaat meestal uit een klein en buigbaar uitsteeksel, zoals een kraal, pen of haak, en een deel dat dat uitsteeksel afbuigt en opvangt. Zodra de twee onderdelen in elkaar klikken, heb je een goed vastzittende verbinding.
Zodra de onderdelen op hun plaats zijn geklikt, houdt een ondersnijding de twee onderdelen van de snap-fit bij elkaar. Afhankelijk van de vorm van deze integrale ondersnijding kunnen snap-fit verbindingen zo worden ontworpen dat de in elkaar grijpende verbinding permanent wordt. Een goed ontworpen snap-fit, gemaakt met het juiste materiaal, kan vaker worden gebruikt zonder merkbare mechanische materiaalmoeheid.
Het basisprincipe van twee in elkaar grijpende onderdelen wordt gebruikt voor verschillende soorten snap-fits en geometrieën.
Bekende soorten snap-fits: cantilever- (uitkragende) en ringvormige verbindingen
De twee meest gebruikte en meest effectieve typen klikverbindingen zijn cantilever- en ringvormige verbindingen. We bespreken deze apart.
Cantilever (uitkragende) snap-fit verbindingen
De meest voorkomende snap-fit verbinding is de 'cantilever', met een uitsteeksel (een soort kraal of haak) aan het ene uiteinde van het onderdeel en een constructieve ondersteuning aan het andere uiteinde. Dit uitsteeksel valt in een opening en buigt dan terug waardoor beide onderdelen in elkaar klikken.
Cantilever snap-fits zijn eenvoudig te ontwerpen en intuïtief te monteren en demonteren. Vaak zijn cantilevers de meest kosteneffectieve manier om componenten met elkaar te verbinden.
Ringvormige snap-fit verbindingen
Ringvormige snap-fit verbindingen gebruiken omtrekspanning om een geperst onderdeel op zijn plaats te houden. Bekende voorbeelden van ringvormige snap-fits zijn doppen van flessen en pennen. Met ringvormige snap-fits kun je een waterdichte verbinding maken.
Wat zijn de voordelen van 3D printen voor het maken van snap-fits?
Vaak wordt spuitgieten beschouwd als de sterkste oplossing voor snap-fit verbindingen. Met het juiste ontwerp en de juiste materialen is 3D printen echter een goed haalbaar (of beter) alternatief.
3D geprinte snap-fits hebben niet de ontwerpbeperkingen die spuitgieten wel heeft, zoals trekhoeken, scheidingslijnen, wanddikte en ondersnijdingen. Snap-fits kunnen gemakkelijk worden ontworpen en weer aangepast. Dit maakt snap-fits bij uitstek geschikt voor rapid prototyping, waarbij speling en pasvorm kritische eigenschappen zijn. Bij het ontwerp van snap-fits voor behuizingen wordt daarom meestal gekozen voor 3D printen.
Welke materialen worden gebruikt voor het 3D printen van snap-fit verbindingen?
Elk 3D printproces heeft zijn voor- en nadelen als het gaat om het produceren van snap-fits. Dit is deels te wijten aan de materialen die worden gebruikt bij additieve productietechnieken.
FDM is de meest kostenefficiënte manier om snap-fit verbindingen te maken, maar de nauwkeurigheid ligt lager dan bij andere printmethoden. Kies je voor FDM, gebruik dan bij voorkeur rekbestendige materialen zoals ABS, nylon of TPU.
SLA- harsen zijn ook een haalbare optie voor snap-fits, maar ze zijn relatief bros. Dit vergroot de kans op breuk na herhaaldelijk gebruik. Wil je snap-fits printen met deze methode? Dan raden wij je aan om duurzame SLA-hars te gebruiken.
Heb je functionele snap-fit prototypes nodig, of onderdelen voor eindgebruik die vaak geopend en gesloten worden? Dan is SLS beter dan FDM en SLA. Het beste materiaal voor maximale scheurweerstand is SLS-nylon.
Net als SLS is MJF (Multi Jet Fusion van HP) optimaal voor de productie van snap-fit verbindingen. MJF levert sterke onderdelen op van nylon PA 12 en enkele andere soorten nylon en polypropyleen. Bij MJF is het belangrijk om enkele ontwerprichtlijnen te volgen voor het beste resultaat. Zo raden we een minimale dikte van 1 mm aan de basis van de cantilever aan, met een gemeenschapelijke uitkraging van minimaal 1 mm.
Welke problemen komen vaak voor bij het ontwerpen van snap-fit verbindingen?
Snap-fits ontwerpen is niet voor alle technologieën, materialen en toepassingen hetzelfde. Ontwerp je snap-fits die 3D geprint zullen worden, dan zijn er een paar belangrijke uitdagingen die elke keer terugkomen. Hier behandelen we de belangrijkste.
-
Scherpe hoeken in het ontwerp kunnen de spanning op de uitkraging verhogen, wat de kans op afbreken van de verbinding verhoogt.
-
Constante spanning op kunststoffen en thermoplasten veroorzaakt kruip (vervorming), waardoor de verbinding na verloop van tijd zwakker wordt en kan breken.
-
Verkeerd geplaatste openingen in onderdelen veroorzaken tolerantieproblemen, waardoor onderdelen moeilijker in elkaar passen.
-
Hoe vaker snap-fits worden gemonteerd en gedemonteerd, hoe groter de kans op materiaalmoeheid.
Snap-fits ondervinden de meeste spanning tijdens de montage. Zodra de montage voorbij is, moet de snap-fit terugkeren naar zijn neutrale positie. Afhankelijk van de vorm van de ondersnijding kunnen snap-fits ook zo worden ontworpen dat ze permanent zijn. Een goed ontworpen snap-fit, gemaakt van het juiste materiaal, kan vele malen worden gebruikt zonder merkbare materiaalmoeheid.
Wat zijn de juiste toleranties voor snap-fit verbindingen?
Bij 3D printen kunnen de omstandigheden sterk variëren, van de kalibratie van de printer en de materialen tot de printertechnologie zelf. Dit maakt dat er geen strikte tolerantieregels kunnen worden gegeven voor het printen van snap-fit verbindingen en klemmen.
Wel kunnen we voor de verschillende soorten 3D printers de volgende optimale toleranties aanbevelen.
-
Voor FDM (Fused Deposition Modeling): 0,5 mm
-
Voor SLA (stereolithografie), SLS (selectieve lasersintering) en MJF: 0,3 mm
Welke best practices gelden er voor het ontwerp van 3D geprinte snap-fits?
Bij het ontwerpen van snap-fit verbindingen die 3D geprint zullen worden, is het belangrijk om spanning en rek van de klikverbinding te verminderen. Hier geven we enkele best practices voor het ontwerpen van snap-fit verbindingen voor 3D printen.
Taps ontwerp
Een snap-fit cantilever met een constante doorsnede heeft een ongelijkmatige verdeling van de rek. We raden aan de dwarsdoorsnede van de uitkragende balk over de lengte te laten afnemen. Zo verbruik je minder materiaal en krijg je een gelijkmatiger verdeelde rek over het hele uitkragende deel.
Afgeronde basis:
Als je de basis van de uitkraging afrondt, wordt de spanning over een groter gebied verdeeld, wat de verbinding sterker maakt. De straal van de afronding moet minimaal 0,5 keer de dikte van de basis van de uitkraging zijn.
Grotere breedte:
Als je de clip breder maakt (indien haalbaar binnen de beperkingen van het ontwerp), wordt het ontwerp sterker. Mogelijk heb je meerdere iteraties nodig om de juiste stijfheid te krijgen. Onthoud dat de clip minstens 5 mm breed moet zijn.
Doorbuigen tijdens montage:
Om de spanning te verminderen en de verbinding sterker te maken, moet je ervoor zorgen dat het uitstekende deel van de snap-fit alleen doorbuigt tijdens het vastklemmen op zich en daarna niet meer.
Juiste bouwrichting:
Gebruik zo mogelijk geen snap-fit cantilevers die verticaal (in z-richting) zijn opgebouwd. Deze zijn inherent zwakker door de anisotrope aard van 3D printen.
Nokjes (lugs):
Overweeg kleine nokjes aan te brengen in je ontwerp, die kunnen helpen bij het uitlijnen van onderdelen en die een deel van de schuifspanning van je snap-fits kunnen opvangen.
Onze tips en trucs voor het ontwerp van snap-fit verbindingen
-
Als je goede snap-fits wilt maken, houd je dan aan enkele belangrijke ontwerpprincipes om de spanning (afronden, opbouwrichting en nokjes) en rek (tapse profielen en cantileverbreedte) te verminderen.
-
Kies de juiste toleranties voor de gekozen 3D printer: 0,5 mm als je FDM gebruikt voor je snap-fits en 0,3 mm voor alle overige manieren van 3D printen.
-
Verdiep je op voorhand in de materiaalkeuze. Een prototype maken met kunststof is ideaal om je ontwerp te controleren, maar de geprinte onderdelen zijn meestal minder sterk dan met SLS of material jetting. En als je snap-fit bedoeld is voor regelmatige montage en demontage, denk dan ook goed na over het uiteindelijke materiaal.
Meer weten over 3D printen? Lees dan onze handleiding. Daarin vind je een uitgebreid overzicht en meer gedetailleerde tips voor het ontwerp en de productie van je 3D geprinte onderdelen.
Zijn je onderdelen klaar om in productie te nemen? Vraag dan via het platform van Protolabs Network een prijsopgave en DFM-analyse aan. Of neem voor meer informatie contact op met networksales@protolabs.com. Een gespecialiseerd accountmanager helpt je dan verder.
Frequently asked questions
Waar worden snap-fit verbindingen voor gebruikt?
Snap-fits worden gebruikt om 3D geprinte en spuitgegoten kunststof onderdelen op een eenvoudige en kosteneffectieve manier met elkaar te verbinden.
Hoelang gaan snap-fits mee?
Vanwege de buigbeweging die nodig is voor de functionaliteit hebben deze klikverbindingen een beperkte levensduur. Deze levensduur hangt sterk af van de gebruikte technologie en materialen. Het juiste ontwerp en de juiste printmethodes kunnen echter snap-fits opleveren die de vergelijking met spuitgieten moeiteloos doorstaan.
Welke materialen zijn het meest geschikt voor het 3D printen van snap-fit verbindingen?
Flexibele materialen zoals ABS, PETG en nylon zijn optimaal voor snap-fit verbindingen. Brosse materialen zoals PLA en standaard SLA-harsen zijn iets minder geschikt. Afhankelijk van het type snap-fit dat je wilt maken, kun je elk van deze materialen gebruiken.
Wat zijn de beste toleranties voor snap-fit verbindingen?
Als je kiest voor FDM, hanteer dan een tolerantie van 0,5 mm. Voor alle andere 3D printmachines heb je genoeg aan een tolerantie van 0,3 mm.
Is 3D printen beter dan spuitgieten voor de productie van snap-fit verbindingen?
Bij het ontwerpen van snap-fit verbindingen voor 3D printen zijn er veel minder ontwerpbeperkingen dan bij spuitgieten. Daarom is dit type verbinding zo geschikt voor rapid prototyping.
Hoe ontwerp je goede snap-fit verbindingen voor 3D printen?
Bij het ontwerpen van snap-fit verbindingen die 3D geprint zullen worden, moet je erop letten dat er na montage geen spanning op de gemonteerde delen blijft staan. Dit is bijvoorbeeld mogelijk door het ontwerp taps te laten toelopen, door de basis op te vullen (voor 'cantileververbindingen') of door een soort nokjes ('lugs') toe te voegen.
Wat is het beste materiaal voor het 3D printen van snap-fit verbindingen?
Voor veel toepassingen raden wij het gebruik van SLS-nylon aan vanwege de indrukwekkende scheurweerstand.
