Новая технология изготовления корпусов из акрила

Собрать 3D принтер самому, на данный момент, не такая уж и сложная задача — все механические комплектующие и электроника с легкостью могут быть приобретены под любые требования и задачи, а вот с изготовлением корпуса дела обстоят сложнее. Самый доступный и практически безальтернативный способ изготовления корпуса, на сегодняшний момент — это проектирование его из фанеры с последующим раскроем деталей на лазерном ЧПУ. По некоторым причинам, такой вариант изготовления нам не подошел, и для наших экспериментальных принтеров мы разработали технологию изготовления корпуса из акрила, склеенного при помощи специализированного клея. Такой склеенный корпус  легко разбирается для обслуживания, прочный, поскольку имеет ребра жесткости, хорошо держит тепло и имеет приятный глазу дизайн, так как основная масса крепежных элементов скрыта внутри корпуса.

Эта технология не совсем проста и достаточно затратна для единичного повторения, но и результат от ее применения достоин внимания.

Суть технологии — это склейка акриловых частей в пакеты при помощи специализированного двухкомпонентного клея по направляющим, с вкладываем в эти пакеты в процессе склейки Т-гаек, применяемых для алюминиевого станочного профиля 2020.

Т-гайки выбраны не просто так. Во-первых, они достаточно узкие  — под их вкладывание не нужна большая глубина фрезерования и имеют достаточно большую боковую поверхность. Во-вторых, они имеют длинный рычаг, что позволяет прикладывать большие моменты затяжки винтов с исключением «выламывания» гаек из пазов. В-третьих, у них длинная резьбовая часть по сравнению с обычными квадратными гайками.

Центральным элементом всей технологии является отфрезерованный на ЧПУ фрезере разноуровневый паз специальной формы в акриле толщиной 5 мм. Как видно на картинке, Corel файл для заказа фрезеровки акрила мы снабдили комментарием,  в котором указали требуемую глубину фрезерования, обозначив ее контуры соответствующим цветом.  А теперь, если сложить зеркальные части вместе, то в красном контуре мы получаем  место под вкладывание гайки, а в зеленом  контуре – место под  паз для вкручивания винта М4.

Следующими немаловажными элементами  являются отверстия под направляющие штифты  для сборки всех заготовок в пакеты. Штифты изготовили из отрезков 6 мм полированного вала. При этом в заготовках для вкладывания гаек отверстия под штифты сквозные, а в днище корпуса глубина фрезеровки такая же, как и у гаек — 3.3 мм. После склейки штифты удаляются. Это решение позволяет сделать корпус красивее, поскольку все технологические отверстия будут внутри.

Подготавливаем все файлы, отдаем на ЧПУ фрезеровку, получаем россыпь заготовок для склейки.

Что касается клея —  долго подбирали специализированный клей для акрила. С одной стороны,  он должен быть достаточно жидким, чтобы толщина  шва  после склейки была минимальной,  и не влияла на конечный размер. С другой стороны,  клей должен быть двухкомпонентным, для заполнения пустот и увеличения площади склеивания между частями акриловых заготовок. В итоге после множества проб различных клеев остановились на двухкомпонентном клее Acrifix:  основа Acrifix-190 и отвердитель ACRIFIX® CA 0020 со специальным разбавителем Acrifix TH0032. После замешивания и склейки пакетов  излишки клея легко выдавливаются.

Весь процесс склейки с вкладыванием Т-гаек и стягиванием пакета зажимами  легко понять из серии фотографий.

После склейки всех деталей, получаем набор панелей, который легко скручивается в задуманный нами корпус. Останется только прикрутить боковые панели из полупрозрачного акрила и все, корпус готов. И как видно на фотографиях, спереди и сверху мы имеем только 4 головки винтов, а все основное крепление либо скрыто, либо находится сбоку. Собранный корпус из склеенного 5 мм акрила получается очень прочным, так как итоговая толщина пакета в местах склейки равна 15 мм.

Важные моменты этой технологии.

  • Замес клея осуществляли небольшими порциями, дозируя тремя разными шприцами; дозировка следующая: 10 мл. основы, 1 мл. разбавителя и 0,3-0,35 мл. отвердителя (отвердитель и разбавитель проще всего дозировать инсулиновыми шприцами). Клей достаточно быстро полимеризуется (5-15 минут в зависимости от температуры), а  когда замешанный состав нанесен на акрил, он вступает с ним в реакцию и процесс полимеризации ускоряется, поэтому нет смысла замешивать большими порциями.
  • Остатки клея, лучше всего срезать при помощи бор-машинки и отрезного диска по алюминию. Так как диск пружинит, то очень легко убирать все выступающие застывшие части заподлицо. В углах можно использовать шабер. Излишки клея следует удалять только после их полного застывания.
  • Для нанесения клея лучше применять жесткую кисточку; не лишне будет подрезать ворс на половину длины для увеличения жесткости и уменьшения количества впитываемого ворсом клея.

Много клея лучше не наносить. Оптимально, чтобы выступали только капли, но при этом для надежной склейки промазывать нужно всю поверхность. Лишние капли клея  легко удаляются, а вот сильные потеки удалить значительно труднее, так как уже было сказано выше, клей вступает в реакцию с акрилом. На фото, показана оптимальная дозировка клея.

  • Отверстия под штифт 6 мм, в акриле закладывались как 6.3 (компенсация на отжим фрезы), также ко всем дополнительным отверстиям добавляли 0,3 к требуемому диаметру отверстия.
  • Склейку пакетов акрила лучше всего проводить на жестком основании. В качестве основы использовали вырезанное из ЛДСП основание, для того чтобы стягивать зажимами не только пакеты но и выравнивать всю плоскость панели во время полимеризации клея.
  • Перед склейкой частей из акрила, обезжиривание не проводили.

Минусы этой технологии:

  • Дорогивизна клея. На момент покупки клея, весь комплект стоил около 10 тысяч рублей (а это было год назад). Ориентировочно, приобретенного объема основы и отвердителя хватает на 30 принтеров, разбавителя при этом останется еще на пару партий основы и отвердителя. В пересчете на один принтер, стоимость клея выходит под  350 рублей.
  • Дороговизна акрила. Цена фрезеровки и стоимость акрила на весь этот набор оценивается  приблизительно в 5-8 тысяч за весь комплект. Удешевить  можно, если использовать под основные панели 4 мм акрил, а паз под гайки делать не в двух половинках, а в одной толстой акриловой заготовке. В принципе, тогда и скорость склейки возрастет, а расход клея уменьшится.
  • Запах. В квартире лучше не клеить. При склейке пользовались  респиратором для химических производств с активированным углем от 3M плюс хорошая вентиляция.

Как следует из вышеописанного, основным минусом является дороговизна.  И самым дорогим является клей, его можно попробовать заменить на более доступный, но нас устроил набор от  Acrifix.

Принтеры, собранные этим способом отработали уже больше года в различных режимах, в том числе и при печати ABS с термокамерой, очень часто разбирались и собирались вновь, в процессе улучшений и дополнительных модернизаций, и ни на одном из них нет даже намека на расслоение склеенных акриловых частей или их поломку.

В целом же, полностью по этой технологи корпус для 3D принтера изготавливать не обязательно, возможно только ограничиться изготовлением отдельных панелей, узлов крепления или лицевой частью принтера. Возможности этой технологи не ограничены только 3D принтерами, этот способ изготовления будет отличным вариантом изготовления корпусов и в других областях, где нужно получить внешний вид, приближенный к промышленному образцу, но в единичном экземпляре.

Corel файл с примером.