Quali tipi di lacune / tolleranze dovrei usare durante la progettazione di pezzi che si incastrano?


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Diciamo che sto modellando una semplice scatola con un coperchio. Ad esempio, diremo che il bordo esterno lungo la parte superiore della scatola è di 50 mm x 50 mm. Con il software di modellazione 3D, è facile costruire un coperchio per questa scatola per circondare la parte superiore con una dimensione del bordo interno di esattamente 50 mm x 50 mm ... ma questa sembra una cattiva idea. Sicuramente avrò bisogno di una sorta di gap, per garantire un facile on / off. Una misura esatta sembra chiedere problemi.

  • Quanto spazio lasciamo per questo genere di cose?
  • È correlato alle dimensioni dell'ugello?
  • Suppongo che sia importante anche la misura in cui vuoi adattarti, anche se mi aspetto che nei casi in cui una vestibilità aderente contenga un tipo di scatto o clip venga utilizzato.
  • Le stampe di bozze con strati di dimensioni maggiori sono utili per capire questo, o gli strati ruvidi fanno sembrare le cose più strette di quanto non saranno in una stampa finale?

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Ciao Joel, benvenuto in 3D Printing.SE!
0scar

C'è sempre l'approccio "stampa e quindi file per adattarsi", ma non lo consiglierei
Carl Witthoft,

Grazie. Ho appena ricevuto la mia prima stampante venerdì e ho passato il filamento incluso abbastanza velocemente. Più appena arrivato oggi. La cosa positiva di questo è che le stampanti funzionano abbastanza lentamente che c'è un sacco di tempo per imparare e impostare la stampa successiva tra i lavori.
Joel Coehoorn,

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0scar

0,4 mm è sufficiente per adattarsi alle parti, 0,6 per essere facilmente smontato.
Fernando Baltazar,

Risposte:


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Versione breve: sostanzialmente dipende dalla stampante, dalla marca, dal modello, dal tipo, dallo stato di manutenzione, dall'estrusore, dalle impostazioni dell'affettatrice, dalla tensione della cinghia, dal gioco, dall'attrito, ecc.


Versione lunga: in pratica la stampante determina la precisione di stampa; è possibile influenzare un po 'la precisione calibrando e perfezionando la stampante. Ciò che viene fatto regolarmente è stampare cubetti di calibrazione di dimensioni fisse. Prima di farlo, dovresti leggere " Come posso calibrare l'estrusore della mia stampante?"; questo spiega per calibrare l'estrusore. Con un estrusore messo a punto puoi stampare quei cubi di calibrazione XYZ o, nel tuo caso, creare una scatola di 50 x 50 x 15 mm. Quando misuri la lunghezza e la larghezza con un calibro, saprai quanto sono tolleranze per questa dimensione di stampa. Alla fine, potresti cambiarlo regolando nuovamente i passi per mm nel firmware della stampante, ma questo non è sempre un consiglio (poiché i tuoi passi per mm dovrebbero essere correlati al layout meccanico del meccanismo utilizzato, ad es. dimensioni e passo della cinghia in combinazione con la puleggia e la risoluzione dello stepper).

Si prega di esaminare anche la risposta di " Come fare in modo che le parti mobili non si incastrino? "; questa risposta suggerisce di stampare un modello di calibrazione della tolleranza che utilizza forme diaboliche separate dall'oggetto esterno da diversi valori per l'offset tra i pezzi. Quando lo stampi puoi scoprire quale tipo di tolleranza funziona per te. Si noti che le tolleranze su parti più piccole possono essere diverse da quelle su parti più grandi.

La risposta alla tua domanda dipende quindi dalla tua macchina da stampa 3D, ma di solito i valori di tolleranza variano in pochi decimi di millimetro. Per abilitare un coperchio sopra una scatola come nell'esempio, è necessario tenere presente la tolleranza quando si progetta il coperchio. Di solito bastano pochi decimi di millimetro in più, ma se prima fai delle stampe di prova, saprai esattamente.

Per rispondere alla domanda quale sia l'influenza dell'altezza del livello sulla tolleranza, cito :

Carica un cubo da 25 mm nell'affettatrice e imposta il riempimento su 0%, i perimetri su 1 e gli strati solidi superiori su 0. Avrai anche voglia di stamparlo a una risoluzione fine: ho scelto 0,15 mm e in realtà ha fatto un piccola differenza (0,02 mm) nello spessore della parete rispetto a 0,3 mm.

Quindi sì, l'altezza del livello ha un effetto, ma è molto piccola.

Una lettura interessante è " Una guida per comprendere le tolleranze della tua stampante 3D " di " matterhackers ".


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Uso i miei valori di gioco secondo la mia regola empirica: 0,1 mm - per adattarmi con una certa forza, 0,2 mm - semplicemente per adattarmi bordo a bordo senza forza.

Esempi:

1) Il cilindro metallico da 3 mm da premere nella parte in plastica necessita di un foro stampato con diametro di 3 mm + 0,1 mm * 2 = 3,2 mm (gioco da due lati)

2) La vite da 3 mm per adattarsi alla parte in plastica richiede un foro più grande di 3 mm + 0,2 mm * 2 = 3,4 mm che è 3,5 mm sarà già buono.

Questo è completamente sperimentale, ma ha sempre funzionato per me su tre diverse stampanti e sia su PLA che su ABS.


Mentre sono d'accordo con i valori numerici, è necessario tenere presente la tolleranza della stampante. L'estrusione più spessa richiede più tolleranza.
Trish

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Sì, è necessario un po 'di spazio. Anche se si lavorassero parti metalliche perfette, si vorrebbe uno spazio libero (e prevedere anche un disallineamento lungo l'asse Z, i giunti lunghi possono legarsi abbastanza facilmente).

Inoltre, è necessario fare una piccola tolleranza per le pareti che si gonfiano leggermente sotto la pressione di estrusione (l'altezza dello strato è inferiore al diametro dell'ugello).

Altri fattori da tenere in considerazione sono la melma di cambio strato (che spesso fa apparire una piccola cucitura) e gli effetti a catena risultanti dall'accelerazione. Ciò significa che anche dopo aver verificato il divario richiesto da un modello specifico sulla stampante, non è possibile fare affidamento sul fatto che lo stesso divario funzioni perfettamente quando si progetta un altro modello. Se hai bisogno di una simmetria rotazionale adatta, sarà più difficile ottenere una buona tenuta per essere affidabile.

A volte un design con stampa sul posto può dare un effetto simile a un design con clip insieme, ma consentendo una conservazione più positiva


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Prima di entrare nelle dimensioni degli ugelli e adattarci a scatto, iniziamo con l'immagine più grande. Dobbiamo usare un linguaggio comune per definire le parti.

  • L'indennità è una differenza pianificata tra un valore nominale o di riferimento e un valore esatto.
    • Liquidazione è un'indennità che definisce lo spazio intenzionale tra due parti.
    • L'interferenza è un'indennità che definisce la sovrapposizione intenzionale tra due parti.
  • La tolleranza è la quantità di deviazione casuale o variazione consentita per una data dimensione. Quanto errore può tollerare la parte e continuare a funzionare?

Facciamo un esempio. Vogliamo un perno da 5 mm da inserire in un foro da 5 mm e vogliamo un accoppiamento libero tra loro.

Abbiamo detto 5 mm, ma quale 5 mm è più importante: il foro da 5 mm o il perno da 5 mm? Diciamo che altre persone hanno pin da 5mm che vogliono usare con il nostro buco. In questo caso la dimensione dei pin è fuori dal nostro controllo e quindi è più importante per l'interoperabilità.

La vestibilità ampia richiede spazio. Specifichiamo 0.2mm in modo che siano liberi di girare. Potremmo aggiungere la tolleranza di 0,2 mm al foro, dando un foro di 5,2 mm con un perno da 5,0 mm; potremmo sottrarre il margine di 0,2 mm dal perno, dando un foro da 5,0 mm con un perno da 4,8 mm; o dividere la differenza in qualsiasi modo desideriamo, come un foro da 5,1 mm e un perno da 4,9 mm. Poiché abbiamo specificato che il perno è più importante, aggiungeremo la tolleranza al foro.

Ora che abbiamo definito la nostra parte, definiamo altri termini importanti per aiutarci a comprendere il processo di produzione:

  • La precisione è la massima variazione dimensionale tra le parti. (Un'altra parola potrebbe essere ripetibilità.) Notare che una macchina non può produrre parti con una tolleranza più stretta della sua precisione.
  • La precisione è la dimensione dei passi di una macchina. La precisione è spesso confusa con la precisione, ma non sono la stessa cosa.

Ora dobbiamo capire l'accuratezza della nostra macchina. La stampante potrebbe stampare il perno più grande di 5 mm o più piccolo di 5 mm. Oppure potrebbe stampare il foro più grande di 5 mm o più piccolo di 5 mm. Per determinare la precisione della stampante, dovremo stampare alcuni perni da 5 mm e fori da 5 mm e misurare le differenze tra ciò che abbiamo definito e ciò che abbiamo stampato. La differenza tra le misure più grandi e quelle più piccole è la precisione della nostra macchina. Assicurati di misurare la precisione nelle dimensioni X, Y e Z; una stampante potrebbe avere una differenza tra gli assi X e Y che influirebbe sulla rotondità delle parti. (Se è spento, di solito questo può essere regolato nel firmware della macchina attraverso un processo di calibrazione.) Inoltre, dovremmo testare parti rotonde, fori rotondi, parti quadrate e fori quadrati,

Diciamo che la precisione misurata della stampante sia per i fori rotondi che per i perni rotondi è +/- 0,2 mm.

Quindi, passiamo alla liquidazione. Qual è il divario minimo tra le parti e fa ancora il lavoro, e qual è il divario massimo accettabile? Come designer, sta a te decidere. In questo esempio abbiamo detto che vogliamo una vestibilità ampia, quindi definiamo una distanza di almeno 0,2 mm tra perno e foro; ma non più di 1,0 mm o le parti cadranno.

Poiché la precisione della macchina è di +/- 0,2 mm, il perno sarà compreso tra 5,2 mm e 4,8 mm. Il foro deve quindi essere 5,2 mm più spazio più la precisione del foro. Ciò fornisce la dimensione del foro come 5,6 mm +/- 0,2 mm. La condizione di tolleranza minima sarebbe un foro di dimensioni minime (5,4 mm) e un perno di dimensioni massime (5,2 mm), con una distanza di 0,2 mm; la tolleranza massima sarebbe un foro di dimensioni massime (5,8 mm) e un perno di dimensioni minime (4,8 mm) che dia uno spazio di 1,0 mm.

Si noti che una distanza di 1,0 mm è davvero sciatta. Potrebbe sembrare troppo lento per la nostra applicazione. Potremmo pensare di restringere le tolleranze a 0,05 mm per ridurre il gioco. Ma abbiamo notato che una macchina non può produrre una tolleranza più stretta della sua precisione. Se la stampante non è in grado di produrre una parte che soddisfi le nostre tolleranze specificate, dovremmo trovare un modo diverso di produrre o rifinire le parti.

Nel mondo della lavorazione dei metalli un modo comune per farlo è specificare le parti da fabbricare inizialmente con materiale intenzionalmente massimo. Questo ci consente di iniziare con un foro più piccolo e utilizzare un foro o una punta per aprirlo in un foro più preciso e rotondo. Possiamo fare la stessa cosa con un perno, iniziando con un'asta più spessa e ruotandola o macinandola verso il basso per renderla più liscia e rotonda.

Nel mondo della stampa 3D FDM, possiamo fare lo stesso tipo di cose sul banco di lavoro. Innanzitutto, stampare le parti con uno strato di parete aggiuntivo (o due). Lo spessore extra fornisce più materiale da rimuovere durante la foratura o la rettifica, senza indebolire troppo la parte. Dopo la stampa, eseguire una punta da trapano nel foro per ripulirla. Oppure gira il perno nel mandrino di un trapano e macinalo con un anello di carta vetrata.

Ovviamente ogni volta che aggiungi un'operazione di finitura, è più laboriosa e quindi più costosa. Quindi questo non è qualcosa che vogliamo fare in ogni parte, ma possiamo considerarlo.

Notare che quando si definiscono le parti in questo modo non si inizia con il diametro dell'ugello o l'altezza dello strato. Invece, stai permettendo al diametro dell'ugello, all'altezza dello strato e alla somma di tutte le cause delle variazioni, di apparire nella precisione misurata della macchina. Ugelli più piccoli, strati più sottili, letti riscaldati o ventole di raffreddamento possono ciascuno contribuire a una maggiore precisione, ma è meglio tener conto dell'impatto cumulativo di tutte le opzioni della macchina.


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Da quando hai detto ugello, mi aspetto che intendi la stampa 3D FDM. In genere si utilizza un (1) contorno di spazio tra le parti. Un contorno è generalmente uguale alla dimensione dell'ugello. Gli angoli di un oggetto quadrato stampato in 3D sono arrotondati. Il raggio di tale arrotondamento sarebbe pari alla metà del diametro dell'ugello (ovvero il raggio dell'ugello). Inoltre, se si verificasse un'estrusione eccessiva sul contorno, le due parti non si adatterebbero l'una nell'altra. Questo ovviamente presuppone che siano progettati per separarsi facilmente. Altrimenti puoi adattarli perfettamente se intendi metterli insieme.


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1 lo sta giocando Sicuro. 0,5 ugelli sono fattibili su una stampante non ben calibrata. 0,25 ugelli sono realizzabili, 0,125 ugelli un sogno bagnato con un ugello da 0,4 mm. Lo spazio di 0,05 mm è un dolore da ottenere con un ugello da 0,2 mm, ma solo un PITA
Trish

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Di solito stampo un cubo di prova con spessori di parete diversi e calcolo la deviazione media. Questo lo uso come tolleranza. Tuttavia, non credo che molte stampanti cartesiane con trasmissione a cinghia possano funzionare molto meglio di +/- 0,1-0,25 mm lungo l'asse XY. Di conseguenza, suggerirei di usare qualcosa tra 0,1 e 0,25 mm. Se è superiore a 0,5 mm hai un problema con la meccanica.


Ho raggiunto un 0,05 con un ugello da 0,2 mm su una linea retta. Con un ugello da 0,1 mm, questo sarebbe un compito banale.
Trish,

Provalo con un motivo a onde rettangolari. Questo mette alla prova la meccanica.
Dgrat,

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Dopo aver stampato 4 mesi, ho imparato una risposta per almeno due situazioni, in base alla geometria del filamento e dell'ugello. Per questa discussione, sto usando strati da 1 mm con un ugello da 4 mm.

Il primo è la scatola e il coperchio di base, dalla mia domanda. È importante ricordare la forma dell'apertura dell'ugello in un cerchio, e quindi quando si estrude all'aria aperta si ottiene un cilindro. Ma non estrudiamo all'aria aperta. Premiamo delicatamente il filamento estruso nella superficie di costruzione o nel livello precedente. In tal caso, usando la mia migliore arte ASCII, una sezione trasversale di una linea estrusa di filamento ha bordi arrotondati che si avvicinano solo alla dimensione dell'ugello di 4 mm, in questo modo:

(    )

E mentre disponi diversi strati, il bordo esterno di una parte stampata dovrebbe assomigliare più a questo:

(
(
(
(

dove il bordo esterno della curva sporge effettivamente leggermente dalle dimensioni pianificate della parte. La domanda è quanto"? Finora la mia esperienza è stata di 0,05 mm. E ricorda, devi tener conto sia della parte della scatola che della parte del coperchio. Inoltre, quando si progetta il coperchio, è necessario tenere conto di questo spazio vuoto su entrambe le estremità di ciascun asse dimensionale. Ciò significa che un divario di altrettanto 0,2 mm potrebbe essere comunque una misura piacevole e avvolgente.

Per il secondo scenario, supponiamo che tu abbia un paio di stampe che si adatteranno insieme. La stampa di base include un'asta o un cilindro rivolti verso l'alto, come un pezzo di Lego, che si aprirà in un'apertura accoppiata.

Ora devi creare l'apertura corrispondente del cilindro nella parte superiore e devi sapere quanto è grande. La preoccupazione è la parte superiore dell'apertura, che non ha altro che aria sotto di essa per sostenere il filamento. Per piccoli spazi vuoti potresti colmare la distanza. Per spazi più ampi, è possibile utilizzare materiale di supporto o parte superiore dell'emisfero.

Supponiamo che tu trovi quelle opzioni difficili per questo scenario, o forse altri fattori che ti fanno stampare questa parte lateralmente. così invece di un'apertura per un cilindro seduto come una lattina di zuppa, si stampa la parte così come il cilindro era appoggiato su un lato.

Ora possiamo considerare la geometria del modo in cui è disposto il filamento. Con il mio esempio di ugello e dimensioni dello strato, ci rendiamo conto che la tua apertura non è il cerchio preciso indicato dal modello . Invece, hai un modello a griglia, come la vecchia arte del computer a 8 bit. Peggio ancora, la larghezza di ogni "pixel" è fino a 4 volte maggiore dell'altezza.

Tenendo presente ciò, lo spazio extra minimo necessario sarà 1/2 dell'altezza di 0,1 mm e una situazione errata potrebbe estenderlo fino a 1/2 della larghezza del filamento di 0,2 mm. E poiché tutto ciò va attorno alla parte (su entrambi i lati), è necessario che queste distanze siano due volte. Ciò si aggiunge all'effetto di ridimensionamento discusso per la scatola in precedenza. Il risultato significa che la parte arrotondata dovrebbe cercare tra uno spazio tra .3mm e .5mm, con ulteriore spazio vuoto se si sta progettando una parte che si potrebbe voler ridimensionare ad un certo punto. Ricorda, tuttavia, che la plastica è flessibile e se la spinta arriva alla spinta (letterale), levigabile. In pratica ho fatto bene vicino all'estremità inferiore di quell'intervallo.

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