Buckle tối ưu cho in 3D (3DP optimized buckle)

Tham khảo (prior art)

• nhiều mẫu buckle 3DP mình tìm thấy vẫn cần supports, thường là vì chúng chỉ là loại side release buckle; thiết kế kiểu này thường phải cần supports & hoạt động tốt hơn nhờ độ đẳng hướng (tương đối) mà ép phun (injection molding) mang lại
  • 
• ngay cả mẫu robust buckles model cũng vẫn cần support
  • 
• thiết kế này không cần support, nhưng mình hơi nghi ngờ về độ bền – nhìn qua thì có vẻ nhiều tải đi qua độ bám lớp (layer adhesion) trên một chu vi khá nhỏ (trừ khi in 100% infill, lúc đó tiết diện vẫn tương đối nhỏ)
  • 
• mẫu center release buckle này tốt hơn nhiều so với cái trước, nhưng vẫn dựa vào layer adhesion để lấy độ bền
  • ghi chú: đến một mức nào đó thì layer adhesion đủ tốt và không còn là yếu tố giới hạn độ bền nữa
    • 

Tóm tắt

• thiết kế này chủ yếu là một “thí nghiệm ý tưởng” & tính tới 2024-04-01, mình chưa có kế hoạch in & test thực tế
• mọi phiên bản trước V2 đều mang tính thử nghiệm nhiều & có lẽ không dùng được

Các điểm cần cân nhắc

• có chỗ cho dây webbing, tương tự như
• dễ tháo & dễ gài
  • điều này càng quan trọng khi nối dây đai dưới tải kéo (tensile load), vì khóa kiểu twist lock có thể rất vướng
  • ví dụ twist lock
    • 
• tối ưu cho 3D print
  • không cần supports
  • độ bền
    • ứng suất nên nằm trong các tình huống có lợi
    • snap & flexure thường hoạt động tốt hơn theo mặt phẳng (in-plane) – flexure nên được in song song với print bed
• parameterized
  • thiết kế phần lớn được dẫn dắt từ vài kích thước

Parameterization

• ít nhất ở revision 1-2, dùng chiều dài khe (slot length) làm “tham số chính” để kéo theo gần như mọi kích thước khác

Revision 2

• lưu ý khoảng hở 0.5 mm D TAIL LENGTH CLEARANCE ở cả hai bên giúp snap latch gài qua được (sẽ bàn sau)
• ý tưởng cho thiết kế này mượn từ dự án trước của mình

Dovetail profile

• để khóa 2 phần lại với nhau, cần “khóa cứng” đủ 6 bậc tự do (6 degrees of freedom)
• dovetail là cách rất hay và rất chắc để khống chế 5 DoF
• thêm nữa, dovetail không cần supports
• trong biến thể này dùng góc overhang 30 độ

Tấm MALE

• DoF cuối cùng, tịnh tiến (translation), được khóa bằng kiểu loop snap fit
• chiều dài flexure là 44.5 mm, như hình bên dưới
• theo cách này, ứng suất là kéo (tensile) khi mối nối chịu tải theo hướng thông thường
• lợi ở chỗ không cần quá dày mà vẫn đạt được khả năng chịu kéo đáng kể với các filament 3DP phổ biến
• đầu có ngàm (clipped end) chịu lực cắt (shear) so với 2 “chân” tạo thành vòng (loop)
• ứng suất nén (compressive) do tấm FEMALE chịu nằm trên một bề mặt lớn mà kiểu gì cũng phải có để thực hiện chức năng cơ bản: nối với dây webbing
  • khi nghĩ về bài toán này, gần như mọi cách giữ (retention) khác đều cần một sự thay đổi tiết diện đột ngột theo chiều dày của một trong hai tấm, dẫn tới layer adhesion phải gánh một phần tải lớn hơn
• tháo buckle này đơn giản là bẻ (flex) cái “latch”

Thách thức với kiến trúc side release

• mình tránh kiểu side release buckle vì vài lý do
  • snap được nhả bằng cách bóp (như buckle side release thường thấy) sẽ dồn ứng suất lên các gờ nhỏ nơi các lớp bám nhau & cần supports để tạo khoang kín nhằm khống chế cùng 5 DoF như dovetail
    • 
• snap nhả bằng cách banh ra (spreading) lại gặp vấn đề về trải nghiệm dùng: không còn dễ thao tác bằng 1 tay để banh ngàm ra mà tháo – ví dụ ở đây
  • nếu không có cơ chế nào khác để làm cho thao tác bằng 1 tay (đồng nghĩa thêm chi tiết & phức tạp), thì độ tiện dụng khá kém
    • 

Cải tiến trong tương lai

• tấm male & female không dày đồng đều nên khi chịu lực kéo, dây webbing sẽ nằm ở hai cao độ khác nhau
• dễ gài vào
  • bố cục như hình hiện tại sẽ đưa flexure vào trước, rồi tới dovetail sau
  • tốt nhất nên đưa dovetail vào trước để khống chế thêm DoF sớm hơn
  • vẫn không “đã” bằng side release buckle ép phun (injection molded)
  • nhiều buckle side release đối xứng theo kiểu có thể xoay 180 độ (quanh trục gài/tháo) mà vẫn gài đúng
    • buckle này, tính tới 2024-04-03, với cách đi dây webbing như dự kiến, sẽ khiến latch không hoạt động được ở cả hai hướng