Tay đỡ khớp (Articulated Arm) với cách khớp nối mới

Mình lúc nào cũng đi tìm một cái tay đỡ (articulated arm) để gắn ê-tô hoặc mấy dụng cụ/giá đỡ khác cho dễ làm việc. Nhưng mấy mẫu có sẵn trước giờ mình in thử đều gặp cùng một vấn đề: siết chặt quá thì mất hết độ linh hoạt. Siết lỏng lại thì cái tay bị rơ. Kể cả lúc canh được “điểm siết” ngon nhất, chỉ cần xoay một khớp thôi là coi như đã bị nới ra…

Gần đây mình mua một cuộn TPU độ cứng Shore 82A. Loại này mềm hơn nhiều so với TPU 95A thường gặp, mà độ bám dính lại rất tốt. Từ đó mình có một góc nhìn mới cho bài toán tay khớp của mình.

Khi dùng một chi tiết PLA có bề mặt texture tỳ lên một chi tiết TPU mặt phẳng, bạn sẽ có “combo” rất ổn: tay cứng chắc mà vẫn xoay khớp mượt, không cần phải siết qua siết lại giữa trạng thái cứng và trạng thái xoay.

Độ đàn hồi của TPU cho phép phần PLA “ăn” vào TPU, khóa hệ lại. Độ bám dính của TPU sẽ tăng thêm sức chống xoay. Và vì TPU có đàn hồi, khi mình tác lực xoắn (torque) thì phần TPU biến dạng để cho phép chuyển động quay. Ngoài ra, bạn vẫn có thể chỉnh con ốc siết để tùy biến tự do giữa độ cứng và độ dễ xoay.

Cái tay gồm 4 hướng xoay khác nhau, mỗi khớp đều dùng cùng nguyên lý TPU/PLA. Bạn có: xoay ngang 360° cho phần đế, xoay dọc toàn phần cho từng đoạn tay, xoay 240° ở đầu tay, và kết hợp thêm xoay 360° cho plate gắn dụng cụ.

Các phần và lắp ráp:

General:

Tất cả chi tiết mình in trên Prusa MK2S. Phần PLA dùng PLA thường. Phần TPU dùng Filaflex Shore 82A. Mình chưa thử TPU “thường” Shore 95A, có thể nó không đủ đàn hồi và cũng không có độ bám dính giống vậy. Layer height 0.2mm.

Thanh gỗ (Wood cleat):

Thanh gỗ là loại 13 x 18mm bằng gỗ thông (pine), mình vát mép (chamfer) 1.5mm mỗi cạnh để nhìn đẹp hơn, đồng thời cho phép chi tiết in cũng có chamfer để tăng độ chắc. Có một khác biệt khá lớn giữa kích thước công bố 13 x 18mm và kích thước thực tế mình đo được là 2.5 x 16.5mm. Sự khác biệt này đã được mình tính trong thiết kế chi tiết, và có thể không giống thanh gỗ của bạn. Mình sẽ cố làm một bản parametric để đổi kích thước theo thanh gỗ của từng người.

Tất cả các thanh gỗ được cắt thành đoạn 20 cm. Bạn có thể thay đổi chiều dài và số lượng đoạn gỗ. Cắt thêm một đoạn cuối dài 8 cm cho phần đầu tay.

Cho phần đế (base):

Chi tiết in:

• PLA Desk Clamp (5 perimeters, 50% infill)
• 2 x PLA Screw Desk Clamp (100% infill, thêm pause ở 8mm để gắn trước long đền M4 rồi tới bu lông M6)
• PLA Desk Clamp Articulation (5 perimeters, 50% infill)
• PLA Desk Clamp Articulation Add-on
• 2 x PLA Screw Desk Clamp Adaptater
• PLA Screw Articulation Desk Clamp Adaptater
• 2 x TPU Screw Desk Clamp (100% infill)
• TPU Desk Clamp (100% infill)
• TPU Desk Clamp Gasket (100% infill)

Phần không in:

• 6 x bu lông M6
• 5 x ốc M6 dài 50mm
• 1 x ốc M6 dài 25mm
• 1 x long đền M6 (của mình đường kính ngoài 13.5mm)
• 2 x long đền M4 (của mình đường kính ngoài 9mm)

Lắp ráp:

1. Chấm keo cyano (superglue) lên 2 con bu lông rồi nhét vào các rãnh của PLA Desk clamp.
2. Lắp một bu lông M6 vào rãnh ở phần trên của PLA Desk clamp.
3. Ghép TPU Screw Desk Clamp với PLA Screw Desk Clamp.
4. Ghép TPU Desk Clamp với PLA Desk clamp.
5. Ghép TPU Desk Clamp Gasket với PLA Desk Clamp Articulation.
6. Ghép PLA Desk Clamp Articulation Add-on với PLA Desk Clamp Articulation.
7. Nhét đầu con ốc 20mm vào PLA Screw Articulation Desk Clamp Adaptater rồi thêm một long đền M6.
8. Dùng con ốc và adapter ở bước 7 để lắp phần kẹp (clamp) với phần đế.
9. Thêm một đoạn gỗ dài 20 cm, canh dấu lỗ và khoan bằng mũi 6 mm.
10. Lắp đoạn gỗ với phần đế bằng ốc M6 dài 50 mm và bu lông.

PLA Parts:

TPU parts:

Cho mỗi khớp (articulation):

Chi tiết in:

• PLA Articulation M (100% infill, đổi layer height tại 18,6mm sang 0.1mm)
• PLA Articulation F (100% infill)
• PLA Bolt Articulation Adaptater (15% infill)
• PLA Screw Articulation Adaptater (15% infill)
• TPU Articulation Gasket (100% infill)

Phần không in:

• 1 x bu lông M6 có cơ chế tự khóa (vòng nhựa khóa bu lông)
• 1 x ốc M6 dài 50mm
• 2 x long đền M6 (của mình đường kính ngoài 13.5mm)

Lắp ráp:

1. Ghép TPU Articulation Gasket với PLA Articulation M.
2. Nhét đầu con ốc vào PLA Screw Articulation Adaptater rồi thêm một long đền M6.
3. Nhét một bu lông vào PLA Bolt Articulation Adaptater rồi thêm một long đền M6.
4. Với mỗi khớp (M và F), thêm một đoạn gỗ dài 20 cm, canh dấu lỗ và khoan bằng mũi 6 mm.
5. Lắp đoạn gỗ với từng khớp (M và F) rồi siết lại toàn bộ bằng ốc và bu lông đã chuẩn bị ở bước 2 và 3.

Bạn sẽ cần lặp lại các bước này cho từng đoạn gỗ. Dùng đoạn gỗ ngắn 8 cm cho phần đầu tay.

PLA Parts:

TPU parts:

Cho phần đầu tay:

Chi tiết in:

• PLA End Arm Articulation F (5 perimeters, 50% infill)
• PLA End Arm Articulation M (100% infill, đổi layer height tại 22,2mm sang 0.1mm)
• 2 x PLA Bolt End Articulation Adaptater (15% infill)
• PLA Screw Articulation Adaptater (15% infill)
• PLA End Arm Plate Articulation F (5 perimeters, 50% infill)
• 2 x TPU Articulation Gasket (100% infill)

Phần không in:

• 1 x bu lông M6 có cơ chế tự khóa (vòng nhựa khóa bu lông)
• 1 x bu lông M6
• 2 x ốc M6 dài 50mm
• 3 x long đền M6 (của mình đường kính ngoài 13.5mm)

Lắp ráp:

1. Ghép TPU Articulation Gasket với PLA End Arm Articulation F.
2. Ghép TPU Articulation Gasket với PLA End Arm Plate Articulation F.
3. Nhét đầu con ốc vào PLA Screw Articulation Adaptater rồi thêm một long đền M6.
4. Nhét một bu lông vào 2 x PLA Bolt Articulation Adaptater rồi thêm một long đền M6.
5. Lắp đoạn gỗ ngắn 8 cm với PLA End Arm Articulation M, thêm PLA End Arm Articulation F rồi siết lại toàn bộ bằng ốc và bu lông đã chuẩn bị ở bước 3 và 4.
6. Luồn một con ốc M6 vào rãnh trên PLA End Arm Plate Articulation F.
7. Lắp PLA End Arm Plate Articulation F với cụm ở bước 5 và bộ bu lông + bolt adapter đã chuẩn bị ở bước 4.

Vậy là bạn đã dựng xong toàn bộ tay đỡ khớp. Bạn có thể dùng End Arm Plate để gắn bất cứ thứ gì bạn muốn bằng 4 x bu lông và ốc M6. Mỗi lỗ trên plate cách nhau 50.6mm theo cạnh (side to side).

PLA Parts:

TPU parts: