Jigs en fixtures ontwerpen: richtlijnen voor geprinte mallen

Bepaal eerst wat de mal moet doen: positioneren, vasthouden, een gereedschap geleiden of een maat controleren. Een boormal moet vooral het gat op de juiste plek krijgen. Een controlemal moet een werkstuk dat buiten tolerantie valt duidelijk afwijzen. Die functie bepaalt welke vlakken nauwkeurig moeten zijn en welke niet.

Een werkstuk ligt eenduidig vast met zes contactpunten: drie op het hoofdvlak, twee op een tweede vlak en één op een derde. Dit 3-2-1-principe uit de klassieke mallenbouw werkt bij een geprinte mal net zo goed. Meer contactpunten maken de positie niet nauwkeuriger. Het werkstuk gaat dan wiebelen of klemmen, afhankelijk van welke punten net iets te hoog uitkomen.

Teken de contactpunten als kleine, verhoogde nokken of ribben in plaats van als volle vlakken. Een nok van een paar millimeter breed is makkelijk na te bewerken als hij net niet klopt, en vuil of een braam aan het werkstuk heeft minder invloed op de positie.

Het vlakste vlak van een FDM-print is het vlak dat op het printbed ligt. Leg het hoofdvlak van de mal daarom bij voorkeur op het printbed, of zo dat de contactpunten in het vlak van de lagen liggen. Schuine vlakken tonen trapjes van de laagdikte en zijn minder geschikt als referentie.

Geef de holte voor het werkstuk speling. Voor een werkstuk dat er met de hand in en uit moet, is een paar tienden millimeter rondom een goed vertrekpunt. Test een kritische passing eerst met een proefstuk in hetzelfde materiaal.

Teken uitsparingen in de inwendige hoeken van een nest. Een geprinte hoek is altijd licht afgerond door de rups, en een scherpe hoek van het werkstuk loopt daar vast. Een kleine ronde uitsparing in de hoek voorkomt dat en geeft ook ruimte aan een braam.

Geprint kunststof is goed in vorm, maar minder in slijtvastheid en in nauwkeurigheid op één punt. Combineer daarom. Een stalen paspen die in een geprint gat wordt geperst, is een harde, nauwkeurige aanslag die veel langer meegaat dan een geprinte nok. Teken het gat iets kleiner dan de pen en ruim het op maat voordat je de pen indrukt.

Voor boormallen pers of lijm je een stalen boorbus in. Het geprinte lichaam bepaalt de positie, de bus geleidt de boor. Een boor direct door een geprint gat werkt voor een paar stuks, maar het gat slijt snel uit.

Voor schroefverbindingen die vaak los en vast gaan, zijn heat-set inserts de standaard: messing schroefdraadbussen die na het printen met een soldeerbout met inzetpunt worden ingesmolten. Houd voor het gat de maat aan die de fabrikant van de insert opgeeft, laat het gat verticaal in de bouwrichting staan en geef het iets meer diepte dan de insert, zodat verdrongen kunststof ergens heen kan. Houd rondom voldoende wanddikte aan, anders scheurt de wand bij het inbrengen.

Magneten houden een werkstuk of een losse aanslag op zijn plek zonder klem. Teken een kamer waar de magneet met een lichte perspassing in gaat, of iets ruimer zodat je hem kunt inlijmen. Laat een dunne wand tussen magneet en werkstuk staan als het werkstuk niet beschadigd mag worden, en houd er rekening mee dat elke tiende millimeter kunststof de houdkracht verlaagt.

Let bij het plaatsen op de polariteit. Zet in het model een markering aan de kant waar de noordpool moet zitten, anders stoten twee helften elkaar af. Standaard neodymium-magneten verliezen boven circa 80 °C blijvend kracht; kijk bij een warme omgeving naar de specificatie van de magneet.

Voor klemmen geldt hetzelfde als voor schroeven: kunststof kruipt onder blijvende druk. Leid de klemkracht daarom via een metalen ring, plaat of insert, niet rechtstreeks via geprint materiaal.

Plekken waar een werkstuk telkens langs schuift, slijten het eerst. Ontwerp die als los inzetstuk dat je met twee schroeven vastzet, zodat je bij slijtage alleen dat deel opnieuw bestelt. Print het inzetstuk in PA6-CF, dat slijtvast is en weinig wrijving heeft, of gebruik een metalen strip.

Voor zachte contactvlakken bij gelakte of gepolijste werkstukken gebruik je TPU, als losse inleg of bek die je vervangt als hij beschadigd raakt.

Bij lasmallen is warmte de grens. Geprint kunststof hoort niet in de laszone: spatten en stralingswarmte smelten het plaatselijk. Een geprinte mal kan wel onderdelen positioneren voor het hechten, zolang de contactpunten ruim van de las af liggen. Wat dicht bij de las komt, maak je van metaal en zet je vast op het geprinte lichaam.

PETG-CF is stijf, maatvast en betaalbaar, en volstaat voor de meeste mallen in een werkplaats op kamertemperatuur. Kies ASA-CF voor mallen naast een oven, droger of warme machine, of voor krappe passingen in een hal waar de luchtvochtigheid wisselt. Kies PA6-CF voor zwaar belaste mallen en contactvlakken die slijten. Neem bij warmte marge: de warmtevastheid in onze specificaties is een vergelijkingsgetal, geen ontwerpgrens.

Bepaal bij het tekenen al hoe de mal op het printbed komt te liggen. Een FDM-print is in het vlak van de laag sterk en tussen de lagen zwakker. Een aanslag of arm die zijdelings belast wordt, print je plat, zodat de kracht in het vlak van de lagen valt. Rechtopstaande kunststof pennen breken langs een laagnaad af; vervang ze door stalen pennen. Een afronding van een paar millimeter in dragende inwendige hoeken, waar geen werkstuk ligt, maakt de mal merkbaar sterker.

Een mal zonder nummer raakt kwijt of wordt verwisseld met een oudere versie. Zet het malnummer, het werkstuknummer en de revisie direct in het model, als verdiepte tekst op een vlak dat zichtbaar blijft. Verdiepte tekst van minimaal een halve millimeter diep leest goed en slijt minder snel dan tekst in reliëf.

Kleurcodering werkt alleen met ongevulde materialen, want vezelversterkt filament is er alleen in zwart. Wil je mallen per lijn of per product aan de kleur herkennen, plak dan een gekleurd etiket in een verdiepte uitsparing, of print de mal in PETG of ASA als de stijfheid van vezel niet nodig is.

Bewaar het model bij de tekening van het werkstuk, met dezelfde revisie, en noteer het materiaal, het aantal wanden en de infill. Heb je dezelfde mal op meerdere werkplekken nodig, bestel ze dan in één keer: de staffelkorting geldt per uniek onderdeel vanaf 5 stuks.