在设计装配在一起的零件时,我应该使用什么样的间隙/公差?

3D打印 3d模型
2021-05-17 01:17:55

假设我正在建模一个带盖子的简单盒子。举个例子,我们会说盒子顶部边缘是 50mm x 50mm。使用 3D 建模软件,可以很容易地为这个盒子构建一个盖子以围绕顶部,边缘尺寸也正好是 50mm x 50mm……但这似乎是个坏主意。当然,我会想要某种间隙,以确保轻松开启/关闭。一个确切的配合好像它是自找麻烦。

  • 我们为这种事情留下了多少差距?
  • 跟喷头大小有关系吗?
  • 我想这也很重要,你想合身有多紧,但我希望在紧身很重要的情况下,会使用某种按扣或夹子。
  • 具有较大层尺寸的草稿印刷品是否有助于解决这个问题,或者粗糙的层数是否会使事情看起来比最终印刷品更紧密?
4个回答

我根据我的经验法则使用我的间隙值:0.1 毫米 - 用一些力来配合,0.2 毫米 - 只需在没有力的情况下边对边安装。

例子:

1)3mm金属圆柱压入塑料件需要3mm+0.1mm*2=3.2mm直径的印刷孔(两侧间隙)

2) 3mm 螺丝装入塑料件需要大于 3mm+0.2mm*2=3.4mm 的孔,即 3.5mm 就可以了。

这是完全实验性的,但对我来说总是适用于三种不同的打印机以及 PLA 和 ABS。

简短版本:基本上,这取决于您的打印机、品牌、型号、类型、维护状态、挤出机、切片机设置、皮带张力、间隙、摩擦等。


长版:基本上你的打印机决定了它的打印精度;您可以通过校准和微调打印机来稍微影响精度。经常做的是打印固定尺寸的校准立方体在此之前,您应该阅读“如何校准打印机的挤出机?"; 这解释了校准挤出机。使用微调的挤出机,您可以打印那些 XYZ 校准立方体,或者在您的情况下创建一个例如 50 x 50 x 15 毫米的盒子。当您用卡尺测量长度和宽度时,你会知道这个打印尺寸的公差是多少。最终,你可以通过在打印机固件中重新调整每毫米的步数来改变这一点,但这并不总是推荐的(因为你的每毫米步数应该是相关的所用机构的机械布局,例如皮带尺寸和节距以及皮带轮和步进分辨率)。

另请查看“如何使运动部件不粘在一起?的答案这个答案暗示打印一个公差校准模型,该模型使用与外部物体分开的恶魔形状,这些形状与外部物体之间有几个不同的部分之间的偏移值。当您打印此文件时,您可以找出适合您的容差类型。请注意,较小零件的公差可能与较大零件的公差不同。

因此,您的问题的答案取决于您的 3D 打印机,但公差值通常在十分之几毫米的范围内。要像您的示例一样在盒子顶部启用盖子,您需要在设计盖子时牢记容差。通常,额外的十分之几毫米就可以解决问题,但是如果您先进行一些测试打印,您就会准确地知道。

为了回答层高对容差的影响这个问题,我引用

将一个 25 毫米的立方体加载到切片机中,并将填充设置为 0%,周长设置为 1,顶部实体层设置为 0。您还需要以精细的分辨率打印它——我选择了 0.15 毫米,它实际上确实做了一个与 0.3 毫米相比,壁厚差异很小(0.02 毫米)。

所以是的,层高有影响,但影响很小。

一个有趣的读物是matterhackers ”的A Guide to Understanding the Tolerances of Your 3D Printer ”。

是的,需要一些许可。即使您正在加工完美的金属零件,您也需要一个间隙(并且也允许沿 Z 轴的未对准,长接头很容易绑定)。

除此之外,您还需要为在挤出压力下略微膨胀的壁留一点余量(层高小于喷嘴直径)。

其他需要考虑的因素是层变化渗出液(通常会出现小接缝)和加速产生的涟漪效应。这意味着,即使您已经测试了特定型号在打印机上所需的间隙,在设计另一个模型时也不能依赖相同的间隙完美工作。如果您的合身需要旋转对称,则很难获得可靠的良好紧密连接。

有时,现场打印设计可以为您提供与夹在一起的设计类似的效果,但允许更积极的保留

在我们讨论喷嘴尺寸和卡扣配合之前,让我们从更大的图景开始。我们需要使用通用语言来定义部件。

  • 差是标称值或参考值与精确值之间的计划差异。
    • 间隙是定义两个部分之间有意空间的余量。
    • 干涉是定义两个部分之间有意重叠的余量。
  • 公差是给定尺寸允许的随机偏差或变化量。零件可以容忍多少错误并仍然起作用?

让我们举一个例子。我们想要一个 5 毫米的销钉插入一个 5 毫米的孔中,并且我们想要它们之间松散的配合。

我们已经说过 5 毫米,但哪个 5 毫米更重要——5 毫米孔还是 5 毫米销?假设其他人有 5 毫米的销钉,他们想与我们的孔一起使用。在这种情况下,引脚尺寸不受我们控制,因此对于互操作性更为重要。

松配合需要间隙。让我们指定 0.2mm 以便它们可以自由转动。我们可以在孔上增加 0.2mm 的余量,得到一个 5.2mm 的孔和一个 5.0mm 的销;我们可以从销中减去 0.2 毫米的余量,用 4.8 毫米的销给出一个 5.0 毫米的孔;或以我们想要的任何方式拆分差异,例如 5.1 毫米孔和 4.9 毫米销。因为我们指定销更重要,所以我们将为孔添加余量。

现在我们已经定义了我们的部分,让我们定义其他有助于我们理解制造过程的重要术语:

  • 精度是零件之间的最大尺寸变化。(另一个词可能是可重复性。)请注意,机器无法生产公差比精度更严格的零件。
  • 精度是机器能够执行的步骤的大小。精度经常与准确度混淆,但它们不是一回事。

现在我们需要了解我们机器的准确性。打印机可以打印大于 5mm 或小于 5mm 的引脚。或者它可以打印大于 5mm 或小于 5mm 的孔。为了确定打印机的精度,我们需要打印一些 5 毫米的针脚和 5 毫米的孔,并测量我们定义的内容和我们打印的内容之间的差异。最大和最小测量值之间的差异是我们机器的精度。确保在 X、Y 和 Z 维度上测量精度;打印机的 X 轴和 Y 轴之间可能存在差异,这会影响零件的圆度。(如果关闭,通常可以通过校准过程在机器的固件中进行调整。)此外,我们应该测试圆形零件,圆孔,方形零件和方孔,

假设打印机对圆孔和圆销的测量精度为 +/- 0.2 毫米。

然后,我们开始清关。零件之间的最小间隙是多少,仍然可以完成工作,而可接受的最大间隙是多少?作为设计师,这由您来决定。在这个例子中,我们说我们想要松配合,所以让我们定义销和孔之间的间隙至少为 0.2 毫米;但不要超过1.0mm,否则零件会脱落。

由于机器的精度为 +/-0.2 毫米,因此销钉将在 5.2 毫米和 4.8 毫米之间的任何位置。因此,孔必须为 5.2 毫米加上间隙加上孔的精度。这使孔尺寸为 5.6mm +/-0.2mm。最小公差条件是最小尺寸的孔 (5.4mm) 和最大尺寸的销 (5.2mm),间隙为 0.2mm;最大公差是最大尺寸的孔 (5.8 毫米) 和最小尺寸的销 (4.8 毫米),间隙为 1.0 毫米。

请注意,1.0 毫米的间隙真的很草率。对于我们的应用程序来说,它可能看起来太松散了。我们可能会考虑将公差收紧到 0.05mm 以减少间隙。但我们已经注意到,机器不能产生比其精度更严格的公差。如果打印机无法生产符合我们指定公差的零件,我们将需要寻找不同的方法来制造或完成零件。

在金属加工领域,一种常见的方法是指定最初使用最大材料制造的零件。这让我们可以从一个较小的孔开始,然后使用钻孔或钻头将其打开为更精确的圆孔。我们可以用大头针做同样的事情,从一根更粗的杆开始,然后转动或研磨它,使其更光滑和更圆。

在 FDM 3D 打印世界中,我们可以在工作台上做同样的事情。首先,打印带有额外壁层(或两个)的部件。额外的厚度可以在钻孔或研磨时去除更多材料,而不会严重削弱零件。打印后,将钻头穿过孔进行清理。或者在钻孔马达的卡盘中旋转销钉,然后用一圈砂纸将其磨碎。

当然,任何时候添加精加工工序都需要更多的劳动,因此也更昂贵。所以这不是我们想要在每个部分都做的事情,但我们可以考虑。

请注意,当您以这种方式定义零件时,您并不是从喷嘴直径或层高开始。相反,您允许喷嘴直径、层高和所有变化原因的总和,显示在机器的测量精度中。较小的喷嘴、较薄的层、加热床或冷却风扇都可能有助于提高精度,但最好将所有机器选项的累积影响考虑在内。