Jakie luki / tolerancje powinienem zastosować przy projektowaniu pasujących elementów?

Powiedzmy, że modeluję proste pudełko z pokrywką. Jako przykład powiemy, że zewnętrzna krawędź na górze pudełka ma wymiary 50 mm x 50 mm. Dzięki oprogramowaniu do modelowania 3D łatwo jest zbudować pokrywkę dla tego pudełka, aby otoczyła górę wewnętrzną krawędzią o wymiarach dokładnie 50 mm x 50 mm ... ale to wydaje się złym pomysłem. Na pewno będę potrzebować pewnego rodzaju przerwy, aby zapewnić łatwe włączanie / wyłączanie. Dokładne dopasowanie Wygląda na to kłopoty.

• Jaką lukę pozostawiamy dla tego rodzaju rzeczy?
• Czy ma to związek z rozmiarem dyszy?
• Przypuszczam, że ma to również znaczenie, jak mocno chcesz się dopasować, ale spodziewam się, że w przypadkach, w których ciasne dopasowanie ma znaczenie, zastosowany zostanie jakiś rodzaj zatrzasku lub klipsa.
• Czy wydruki robocze z większymi rozmiarami warstw są przydatne do zorientowania się w tym, czy też szorstkie warstwy sprawiają, że rzeczy wydają się ciaśniejsze niż w ostatecznym wydruku?

Wersja skrócona: w zasadzie zależy to od drukarki, marki, modelu, typu, stanu konserwacji, wytłaczarki, ustawień krajalnicy, napięcia paska, luzu, tarcia itp.

Wersja długa: Zasadniczo drukarka określa, jak dokładnie drukuje; możesz trochę wpłynąć na dokładność, kalibrując i dostosowując drukarkę. Regularnie wykonuje się drukowanie kostek kalibracyjnych o stałym rozmiarze. Zanim to zrobisz, powinieneś przeczytać „ Jak skalibrować wytłaczarkę mojej drukarki?"; to wyjaśnia, jak skalibrować wytłaczarkę. Dzięki precyzyjnie dostrojonej wytłaczarce możesz wydrukować te kostki kalibracyjne XYZ, lub w twoim przypadku stworzyć pudełko o wymiarach np. 50 x 50 x 15 mm. Podczas pomiaru długości i szerokości suwmiarką, dowiesz się, jakie są tolerancje dla tego rozmiaru wydruku. W końcu możesz to zmienić, zmieniając liczbę kroków na mm w oprogramowaniu drukarki, ale nie zawsze jest to zalecenie (ponieważ twoje kroki na mm powinny być powiązane do mechanicznego układu zastosowanego mechanizmu, np. rozmiaru i podziałki paska w połączeniu z kołem pasowym i rozdzielczością krokową).

Proszę również spojrzeć na odpowiedź „ Jak sprawić, by części ruchome się nie sklejały? ”; ta odpowiedź wskazuje na wydrukowanie modelu kalibracji tolerancji, który wykorzystuje kształty diaboliczne oddzielone od obiektu zewnętrznego o kilka wartości przesunięcia między częściami. Po wydrukowaniu możesz dowiedzieć się, jaki rodzaj tolerancji dla Ciebie działa. Należy pamiętać, że tolerancje dla mniejszych części mogą różnić się od tolerancji dla większych części.

Odpowiedź na twoje pytanie zależy więc od maszyny drukarskiej 3D, ale zwykle wartości tolerancji mieszczą się w zakresie kilku dziesiątych milimetra. Aby włączyć pokrywkę na pudełku, tak jak w twoim przykładzie, musisz pamiętać o tolerancji przy projektowaniu pokrywki. Zwykle dodatkowe kilka dziesiątych milimetra załatwi sprawę, ale jeśli najpierw wykonasz kilka wydruków testowych, będziesz wiedział dokładnie.

Aby odpowiedzieć na pytanie, jaki wpływ ma wysokość warstwy na tolerancję, cytuję :

Załaduj kostkę 25 mm do krajalnicy i ustaw wypełnienie na 0%, obwód na 1, a górne pełne warstwy na 0. Będziesz także chciał wydrukować go w dobrej rozdzielczości - wybrałem 0,15 mm i faktycznie zrobiłem niewielka (0,02 mm) różnica grubości ścianki w przeciwieństwie do 0,3 mm.

Tak więc wysokość warstwy ma wpływ, ale jest bardzo mała.

Ciekawym tekstem jest „ Przewodnik po zrozumieniu tolerancji drukarki 3D ” autorstwa „ materackerów ”.

Używam wartości luzu zgodnie z moją zasadą: 0,1 mm - aby dopasować z pewną siłą, 0,2 mm - wystarczy dopasować krawędź do krawędzi bez użycia siły.

Przykłady:

1) Metalowy cylinder 3 mm do wciśnięcia w plastikową część wymaga 3 mm + 0,1 mm * 2 = wydrukowany otwór o średnicy 3,2 mm (prześwit z dwóch stron)

2) Wkręt 3 mm do dopasowania do części z tworzywa sztucznego wymaga otworu większego niż 3 mm + 0,2 mm * 2 = 3,4 mm, czyli 3,5 mm, będzie już dobry.

Jest to w pełni eksperymentalne, ale zawsze działało dla mnie na trzech różnych drukarkach oraz na PLA i ABS.

Tak, wymagana jest pewna odprawa. Nawet jeśli obrabiasz idealne części metalowe, potrzebujesz odstępu (i weź pod uwagę również nieprawidłowe ustawienie wzdłuż osi Z, długie połączenia mogą się łatwo związać).

Ponadto należy uwzględnić niewielką tolerancję na wybrzuszenia ścian lekko pod naciskiem wytłaczania (wysokość warstwy jest mniejsza niż średnica dyszy).

Inne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, to przesiąkanie warstw (co często powoduje pojawienie się małego szwu) i efekty falowania wynikające z przyspieszenia. Oznacza to, że nawet po przetestowaniu szczeliny wymaganej przez konkretny model w drukarce nie można polegać na tym samym odstępie, który działa idealnie podczas projektowania innego modelu. Jeśli potrzebujesz symetrii obrotowej w swoim dopasowaniu, trudniej będzie uzyskać dobre ciasne połączenie, aby było niezawodne.

Czasami nadruk w miejscu może dać podobny efekt do projektu z klipsem, ale pozwala na bardziej pozytywne zachowanie

Zanim przejdziemy do rozmiarów dysz i pasowań zatrzaskowych, zacznijmy od większego obrazu. Musimy używać wspólnego języka do definiowania części.

• Dodatek to planowana różnica między wartością nominalną lub referencyjną a dokładną wartością.
  • Luz jest naddatkiem określającym zamierzoną przestrzeń między dwiema częściami.
  • Ingerencja jest tolerancją określającą celowe nakładanie się dwóch części.
• Tolerancja to ilość przypadkowych odchyleń lub zmian dozwolonych dla danego wymiaru. Ile błędów może tolerować i nadal działać część?

Użyjmy przykładu. Chcemy, aby szpilka 5 mm weszła w otwór 5 mm i chcemy luźnego dopasowania między nimi.

Powiedzieliśmy 5 mm, ale który 5 mm jest ważniejszy - otwór 5 mm lub szpilka 5 mm? Powiedzmy, że inni ludzie mają szpilki 5 mm, których chcą użyć z naszą dziurą. W takim przypadku wymiar sworznia jest poza naszą kontrolą i dlatego jest ważniejszy dla interoperacyjności.

Luźne dopasowanie wymaga luzu. Określmy 0,2 mm, aby mogły swobodnie skręcać. Możemy dodać naddatek 0,2 mm do otworu, dając otwór 5,2 mm z kołkiem 5,0 mm; moglibyśmy odjąć naddatek 0,2 mm od szpilki, dając otwór 5,0 mm z szpilką 4,8 mm; lub podziel różnicę w dowolny sposób, taki jak otwór 5,1 mm i trzpień 4,9 mm. Ponieważ ustaliliśmy, że szpilka jest ważniejsza, dodamy naddatek do otworu.

Teraz, gdy już zdefiniowaliśmy naszą część, zdefiniujmy inne terminy ważne dla zrozumienia procesu produkcyjnego:

• Dokładność to maksymalna zmiana wymiarów między częściami. (Innym słowem może być powtarzalność.) Należy pamiętać, że maszyna nie może wytwarzać części o większej tolerancji niż jej dokładność.
• Precyzja to wielkość kroków, do których maszyna jest zdolna. Precyzja jest często mylona z dokładnością, ale to nie to samo.

Teraz musimy zrozumieć dokładność naszej maszyny. Drukarka może wydrukować pin większy niż 5 mm lub mniejszy niż 5 mm. Lub może wydrukować otwór większy niż 5 mm lub mniejszy niż 5 mm. Aby określić dokładność drukarki, będziemy musieli wydrukować 5 mm szpilki i 5 mm otwory i zmierzyć różnice między tym, co zdefiniowaliśmy, a tym, co wydrukowaliśmy. Różnica między największymi i najmniejszymi pomiarami polega na dokładności naszej maszyny. Pamiętaj, aby zmierzyć dokładność w wymiarach X, Y i Z; drukarka może mieć różnicę między osiami X i Y, co wpłynęłoby na okrągłość części. (Jeśli jest wyłączone, zwykle można to skorygować w oprogramowaniu sprzętowym maszyny poprzez proces kalibracji.) Ponadto powinniśmy przetestować okrągłe części, okrągłe otwory, kwadratowe części i kwadratowe otwory,

Powiedzmy, że zmierzona dokładność drukarki zarówno dla okrągłych otworów, jak i okrągłych pinów wynosi +/- 0,2 mm.

Następnie przechodzimy do odprawy. Jaka jest minimalna przerwa między częściami i nadal wykonuje pracę, a jaka jest maksymalna dopuszczalna przerwa? Jako projektant musisz podjąć decyzję. W tym przykładzie powiedzieliśmy, że chcemy luźnego pasowania, dlatego określmy prześwit wynoszący co najmniej 0,2 mm między sworzniem a otworem; ale nie więcej niż 1,0 mm, w przeciwnym razie części wypadną.

Ponieważ dokładność maszyny wynosi +/- 0,2 mm, sworzeń będzie w dowolnym miejscu między 5,2 mm a 4,8 mm. Otwór musi zatem wynosić 5,2 mm plus prześwit plus dokładność otworu. Daje to wymiar otworu wynoszący 5,6 mm +/- 0,2 mm. Warunkiem minimalnej tolerancji byłby otwór o minimalnej wielkości (5,4 mm) i kołek o maksymalnej wielkości (5,2 mm), dający prześwit 0,2 mm; maksymalna tolerancja to otwór o maksymalnej wielkości (5,8 mm) i kołek o minimalnej wielkości (4,8 mm), dający prześwit 1,0 mm.

Zauważ, że odstęp 1,0 mm jest naprawdę niechlujny. Może to wydawać się zbyt luźne dla naszej aplikacji. Możemy zmniejszyć zakres tolerancji do 0,05 mm, aby zmniejszyć prześwit. Zauważyliśmy jednak, że maszyna nie może wytworzyć tolerancji ściślejszej niż jej dokładność. Jeśli drukarka nie może wyprodukować części, która spełnia nasze określone tolerancje, musielibyśmy znaleźć inny sposób produkcji lub wykończenia części.

W świecie obróbki metali powszechnym sposobem na to jest określenie części, które mają być początkowo wytwarzane z celowo maksymalnego materiału. Dzięki temu możemy zacząć od mniejszego otworu i użyć otworu lub wiertła, aby otworzyć go na bardziej precyzyjny i okrągły otwór. Możemy zrobić to samo z kołkiem, zaczynając od grubszego pręta i obracając go lub szlifując, aby był bardziej gładki i okrągły.

W świecie drukowania 3D FDM możemy robić to samo na stole warsztatowym. Najpierw wydrukuj części z dodatkową warstwą ściany (lub dwiema). Dodatkowa grubość daje więcej materiału do usunięcia podczas wiercenia lub szlifowania, bez zbytniego osłabienia części. Po wydrukowaniu przeprowadź wiertło przez otwór, aby go wyczyścić. Lub zakręć kołek w uchwycie silnika wiertarki i zetrzyj go pętlą papieru ściernego.

Oczywiście za każdym razem, gdy dodasz operację wykończeniową, jest to bardziej pracochłonne, a zatem droższe. Nie chcemy tego robić z każdej strony, ale możemy to rozważyć.

Zauważ, że kiedy definiujesz części w ten sposób, nie zaczynasz od średnicy dyszy lub wysokości warstwy. Zamiast tego pozwalasz, aby średnica dyszy, wysokość warstwy i suma wszystkich przyczyn zmian były widoczne w zmierzonej dokładności maszyny. Mniejsze dysze, cieńsze warstwy, podgrzewane złoża lub wentylatory chłodzące mogą przyczynić się do poprawy dokładności, ale najlepiej jest uwzględnić łączny wpływ wszystkich opcji maszyny.

Ponieważ powiedziałeś, że dysza, mam na myśli drukowanie 3D w technologii FDM. Zazwyczaj używałbyś jednego (1) konturu odstępu między częściami. Kontur jest zwykle równy rozmiarowi dyszy. Rogi kwadratowego obiektu z nadrukiem 3d są zaokrąglone. Promień tego zaokrąglenia wyniesie połowę średnicy dyszy (tj. Promień dyszy). Również jeśli na konspekcie wystąpiło nadmierne wyciągnięcie, dwie części nie pasowałyby do siebie. To oczywiście przy założeniu, że są one zaprojektowane tak, aby łatwo się rozdzieliły. W przeciwnym razie możesz je dokładnie dopasować, jeśli zamierzasz dopasować je do tarcia.

Zwykle drukuję kostkę testową o różnych grubościach ścian i obliczam średnie odchylenie. Używam tego jako tolerancji. Nie wierzę jednak, że wiele drukarek kartezjańskich z napędem pasowym może działać znacznie lepiej niż +/- 0,1 do 0,25 mm wzdłuż osi XY. W związku z tym sugerowałbym użycie czegoś między 0,1 a 0,25 mm. Jeśli jest większy niż 0,5 mm, masz problem z mechaniką.

Po wydrukowaniu 4 miesięcy nauczyłem się odpowiedzi dla co najmniej dwóch sytuacji, w oparciu o geometrię filamentu i dyszy. Do tej dyskusji używam warstw .1mm z dyszą .4mm.

Pierwszym z nich jest podstawowe pudełko i pokrywka. Ważne jest, aby pamiętać o kształcie otworu dyszy w okręgu, a zatem podczas wytłaczania na świeżym powietrzu dostajesz cylinder. Ale nie wyciągamy na zewnątrz. Delikatnie wciskamy wytłaczany filament w powierzchnię roboczą lub poprzednią warstwę. W takim przypadku, wykorzystując moją najlepszą sztukę ascii, przekrój wytłaczanej linii filamentu ma zaokrąglone krawędzie, które tylko przybliżają rozmiar dyszy 0,4 mm, jak poniżej:

(    )

Podczas układania kilku warstw zewnętrzna krawędź drukowanej części powinna wyglądać mniej więcej tak:

(
(
(
(

gdzie zewnętrzna krawędź krzywej faktycznie wystaje nieznacznie z planowanych wymiarów części. Pytanie brzmi: „ile”? Moje dotychczasowe doświadczenie wyniosło aż 0,05 mm. I pamiętaj, musisz wziąć to pod uwagę zarówno dla części pudełkowej, jak i części wieczkowej. Dodatkowo, projektując pokrywę, należy uwzględnić tę szczelinę na obu końcach każdej osi wymiarowej. Oznacza to, że odstęp wynoszący nawet 2 mm nadal może być dobrym, wygodnym dopasowaniem.

W drugim scenariuszu załóżmy, że masz parę odcisków, które będą do siebie pasować. Podstawowy nadruk zawiera skierowany w górę pręt lub cylinder, taki jak klocki Lego, które wpasują się w sparowany otwór.

Teraz musisz utworzyć pasujący otwór cylindra w górnej części i musisz wiedzieć, jak duży. Problemem jest góra otworu, który nie ma nic poza powietrzem pod nim, aby utrzymać filament. W przypadku małych przerw możesz pokonać odległość. W przypadku większych szczelin możesz użyć materiału nośnego lub górnej półkuli.

Powiedzmy, że uważasz, że te opcje są trudne w tym scenariuszu, a może inne czynniki powodują wydrukowanie tej części na boku. więc zamiast otworu na cylinder stojący jak puszka zupy, drukujesz część tak, jak cylinder leżał na boku.

Teraz możemy rozważyć geometrię układania filamentu. Z mojego przykładowego wymiaru dyszy i warstwy zdajemy sobie sprawę, że twoje otwarcie nie jest dokładnym okręgiem wskazanym przez model . Zamiast tego masz wzór siatki, jak stara 8-bitowa grafika komputerowa. Co gorsza, szerokość każdego „piksela” jest do 4 razy większa niż wysokość.

Mając to na uwadze, minimalna potrzebna dodatkowa przestrzeń będzie wynosić 1/2 tej wysokości .1mm, a zła sytuacja może rozszerzyć ją do nawet 1/2 szerokości filamentu .4mm. A ponieważ omija to część (po obu stronach), odległości te trzeba dwukrotnie. Jest to dodatek do efektu ściągania omówionego wcześniej dla pudełka. Wynik oznacza, że ​​zaokrąglona część powinna szukać odstępu między 0,3 mm a 0,5 mm, z dodatkową przestrzenią odstępu, jeśli projektujesz część, którą możesz chcieć skalować w pewnym momencie. Pamiętaj jednak, że tworzywo sztuczne jest giętkie, a jeśli dochodzi do wypchnięcia (dosłownie), można je szlifować. W praktyce radziłem sobie dobrze w pobliżu dolnej granicy tego zakresu.