Welche Arten von Lücken / Toleranzen sollte ich verwenden, wenn ich Teile entwerfe, die zusammenpassen?

Angenommen, ich modelliere eine einfache Box mit einem Deckel. Als Beispiel sagen wir, dass die Außenkante am oberen Rand der Box 50 mm x 50 mm beträgt. Mit der 3D-Modellierungssoftware ist es einfach, einen Deckel für diese Box zu bauen, um die Oberseite mit einer Innenkantengröße von ebenfalls genau 50 mm x 50 mm zu umgeben ... aber dies scheint eine schlechte Idee zu sein. Sicherlich möchte ich eine Art Lücke, um ein einfaches Ein- und Ausschalten zu gewährleisten. Eine genaue Passform scheint Ärger zu erfordern.

• Wie viel Lücke lassen wir für so etwas?
• Bezieht es sich auf die Düsengröße?
• Ich nehme an, es ist auch wichtig, wie eng Sie passen möchten, obwohl ich davon ausgehe, dass in Fällen, in denen eine enge Passform wichtig ist, eine Art Druckknopf oder Clip verwendet wird.
• Sind Entwurfsdrucke mit größeren Ebenen nützlich, um dies herauszufinden, oder lassen die rauen Ebenen die Dinge enger erscheinen als bei einem endgültigen Druck?

Kurzversion: Dies hängt im Wesentlichen von Drucker, Marke, Modell, Typ, Wartungszustand, Extruder, Schneidemaschineneinstellungen, Riemenspannung, Spiel, Reibung usw. ab.

Lange Version: Grundsätzlich bestimmt Ihr Drucker, wie genau er druckt. Sie können die Genauigkeit ein wenig beeinflussen, indem Sie den Drucker kalibrieren und fein einstellen. Regelmäßig werden Kalibrierwürfel fester Größegedruckt. Bevor Sie dies tun, sollten Sie lesen: " Wie kalibriere ich den Extruder meines Druckers?"; dies erklärt die Kalibrierung des Extruders. Mit einem fein abgestimmten Extruder können Sie diese XYZ-Kalibrierungswürfel drucken oder in Ihrem Fall eine Schachtel mit z. B. 50 x 50 x 15 mm erstellen. Wenn Sie die Länge und Breite mit einem Messschieber messen, Sie werden wissen, wie groß die Toleranzen für diese Druckgröße sind. Möglicherweise können Sie dies ändern, indem Sie die Schritte pro mm in der Firmware des Druckers neu einstellen. Dies ist jedoch nicht immer eine Empfehlung (da Ihre Schritte pro mm in Beziehung gesetzt werden sollten auf die mechanische Anordnung des verwendeten Mechanismus, z. B. Riemengröße und Steigung in Kombination mit der Riemenscheibe und der Schrittauflösung).

Bitte lesen Sie auch die Antwort " Wie können bewegliche Teile nicht zusammenkleben? ". Diese Antwort weist darauf hin, ein Toleranzkalibrierungsmodell zu drucken, das diabolische Formen verwendet, die vom äußeren Objekt durch mehrere Werte für den Versatz zwischen den Teilen getrennt sind. Wenn Sie dies drucken, können Sie herausfinden, welche Art von Toleranz für Sie funktioniert. Bitte beachten Sie, dass die Toleranzen bei kleineren Teilen von den Toleranzen bei größeren Teilen abweichen können.

Die Antwort auf Ihre Frage hängt also von Ihrer 3D-Druckmaschine ab, aber normalerweise liegen die Toleranzwerte im Bereich von wenigen Zehntel Millimetern. Um einen Deckel wie in Ihrem Beispiel auf einer Box zu aktivieren, müssen Sie beim Entwerfen des Deckels die Toleranz berücksichtigen. Normalerweise reichen ein paar Zehntel Millimeter mehr aus, aber wenn Sie zuerst einige Testdrucke erstellen, wissen Sie genau.

Um die Frage zu beantworten, welchen Einfluss die Schichthöhe auf die Toleranz hat, zitiere ich :

Laden Sie einen 25-mm-Würfel in Ihren Slicer und stellen Sie die Füllung auf 0%, den Umfang auf 1 und die oberen festen Schichten auf 0. Sie möchten ihn auch mit einer feinen Auflösung drucken - ich habe 0,15 mm gewählt und es wurde tatsächlich ein kleiner (0,02 mm) Unterschied in der Wandstärke im Gegensatz zu 0,3 mm.

Also ja, die Ebenenhöhe wirkt sich aus, ist aber sehr gering.

Eine interessante Lektüre ist " Ein Leitfaden zum Verständnis der Toleranzen Ihres 3D-Druckers " von " matterhackers ".

Ich verwende meine Abstandswerte gemäß meiner Faustregel: 0,1 mm - um mit etwas Kraft zu passen, 0,2 mm - passe einfach Kante an Kante ohne Kraft.

Beispiele:

1) Ein 3-mm-Metallzylinder, der in ein Kunststoffteil gedrückt werden soll, benötigt ein gedrucktes Loch von 3 mm + 0,1 mm * 2 = 3,2 mm Durchmesser (Abstand von zwei Seiten).

2) 3 mm Schraube zum Einsetzen in ein Kunststoffteil benötigt ein Loch größer als 3 mm + 0,2 mm * 2 = 3,4 mm, dh 3,5 mm, ist bereits gut.

Dies ist völlig experimentell, hat aber für mich immer auf drei verschiedenen Druckern und sowohl auf PLA als auch auf ABS funktioniert.

Ja, eine gewisse Freigabe ist erforderlich. Selbst wenn Sie perfekte Metallteile bearbeiten würden, würden Sie einen Spielspalt wünschen (und eine Fehlausrichtung entlang der Z-Achse berücksichtigen, lange Verbindungen können sich leicht binden).

Darüber hinaus müssen Sie berücksichtigen, dass sich die Wände unter dem Extrusionsdruck leicht ausbeulen (Schichthöhe ist geringer als der Düsendurchmesser).

Andere Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, sind Schlamm mit Schichtwechsel (der häufig eine kleine Naht erscheinen lässt) und Welligkeitseffekte, die sich aus der Beschleunigung ergeben. Dies bedeutet, dass Sie sich auch nach dem Testen der Lücke, die ein bestimmtes Modell für Ihren Drucker benötigt, nicht darauf verlassen können, dass dieselbe Lücke beim Entwerfen eines anderen Modells einwandfrei funktioniert. Wenn Sie eine Rotationssymmetrie in Ihrer Passform benötigen, ist es schwieriger, eine gute dichte Verbindung zu erhalten, um zuverlässig zu sein.

Manchmal kann ein Print-in-Place-Design einen ähnlichen Effekt wie ein Clip-Together-Design erzielen, ermöglicht jedoch eine positivere Aufbewahrung

Bevor wir uns mit Düsengrößen und Schnappverschlüssen befassen, beginnen wir mit dem Gesamtbild. Wir müssen eine gemeinsame Sprache für die Definition der Teile verwenden.

• Die Zulage ist eine geplante Differenz zwischen einem Nenn- oder Referenzwert und einem genauen Wert.
  • Die Freigabe ist eine Zulage, die den beabsichtigten Abstand zwischen zwei Teilen definiert.
  • Interferenz ist eine Zulage, die die absichtliche Überlappung zwischen zwei Teilen definiert.
• Die Toleranz ist der Betrag der zufälligen Abweichung oder Variation, die für eine bestimmte Dimension zulässig ist. Wie viel Fehler kann das Teil tolerieren und trotzdem funktionieren?

Verwenden wir ein Beispiel. Wir wollen, dass ein 5-mm-Stift in ein 5-mm-Loch passt, und wir wollen einen lockeren Sitz zwischen ihnen.

Wir haben 5 mm gesagt, aber welche 5 mm sind wichtiger - das 5 mm Loch oder der 5 mm Stift? Nehmen wir an, andere Leute haben 5-mm-Stifte, die sie für unser Loch verwenden möchten. In diesem Fall liegt die Stiftabmessung außerhalb unserer Kontrolle und ist daher für die Interoperabilität wichtiger.

Die lockere Passform erfordert Freiraum. Geben wir 0,2 mm an, damit sie sich frei drehen können. Wir könnten die 0,2-mm-Toleranz zum Loch hinzufügen und ein 5,2-mm-Loch mit einem 5,0-mm-Stift ergeben. Wir könnten die 0,2-mm-Toleranz vom Stift abziehen, was ein 5,0-mm-Loch mit einem 4,8-mm-Stift ergibt. oder teilen Sie den Unterschied nach Belieben auf, z. B. durch ein 5,1-mm-Loch und einen 4,9-mm-Stift. Da wir angegeben haben, dass der Stift wichtiger ist, fügen wir dem Loch die Zulage hinzu.

Nachdem wir unseren Teil definiert haben, definieren wir andere Begriffe, die für das Verständnis des Herstellungsprozesses wichtig sind:

• Die Genauigkeit ist die maximale Maßabweichung zwischen Teilen. (Ein anderes Wort könnte Wiederholbarkeit sein.) Beachten Sie, dass eine Maschine keine Teile mit einer engeren Toleranz als ihrer Genauigkeit herstellen kann.
• Präzision ist die Größe der Schritte, zu denen eine Maschine fähig ist. Präzision wird oft mit Genauigkeit verwechselt, aber sie sind nicht dasselbe.

Jetzt müssen wir die Genauigkeit unserer Maschine verstehen. Der Drucker kann den Stift größer als 5 mm oder kleiner als 5 mm drucken. Oder es könnte das Loch größer als 5 mm oder kleiner als 5 mm drucken. Um die Genauigkeit des Druckers zu bestimmen, müssen wir einige 5-mm-Stifte und 5-mm-Löcher drucken und die Unterschiede zwischen dem, was wir definiert haben, und dem, was wir gedruckt haben, messen. Der Unterschied zwischen den größten und kleinsten Messungen ist die Genauigkeit unserer Maschine. Stellen Sie sicher, dass Sie die Genauigkeit in den X-, Y- und Z-Dimensionen messen. Ein Drucker weist möglicherweise einen Unterschied zwischen der X- und der Y-Achse auf, der sich auf die Rundheit der Teile auswirkt. (Wenn es ausgeschaltet ist, kann dies normalerweise in der Firmware der Maschine durch einen Kalibrierungsprozess angepasst werden.) Außerdem sollten wir runde Teile, runde Löcher, quadratische Teile und quadratische Löcher testen.

Angenommen, die gemessene Genauigkeit des Druckers für runde Löcher und runde Stifte beträgt +/- 0,2 mm.

Dann bewegen wir uns zur Freigabe. Was ist die minimale Lücke zwischen Teilen und der Arbeit, und was ist die maximal akzeptable Lücke? Als Designer liegt es an Ihnen, zu entscheiden. In diesem Beispiel haben wir gesagt, wir möchten eine lockere Passform. Definieren wir also einen Abstand von mindestens 0,2 mm zwischen Stift und Loch. aber nicht mehr als 1,0 mm oder die Teile fallen heraus.

Da die Genauigkeit der Maschine +/- 0,2 mm beträgt, liegt der Stift zwischen 5,2 mm und 4,8 mm. Das Loch muss daher 5,2 mm plus Spiel plus Genauigkeit des Lochs betragen . Dies ergibt eine Lochabmessung von 5,6 mm +/- 0,2 mm. Die minimale Toleranzbedingung wäre ein Loch mit minimaler Größe (5,4 mm) und ein Stift mit maximaler Größe (5,2 mm), was einen Abstand von 0,2 mm ergibt. Die maximale Toleranz wäre ein Loch mit maximaler Größe (5,8 mm) und ein Stift mit minimaler Größe (4,8 mm), was einen Abstand von 1,0 mm ergibt.

Beachten Sie, dass ein Abstand von 1,0 mm wirklich schlampig ist. Es könnte für unsere Anwendung zu locker erscheinen. Wir könnten denken, die Toleranzen auf 0,05 mm zu verringern, um das Spiel zu verringern. Wir haben jedoch festgestellt, dass eine Maschine keine Toleranz erzeugen kann, die enger als ihre Genauigkeit ist. Wenn der Drucker kein Teil herstellen kann, das unsere angegebenen Toleranzen erfüllt, müssen wir einen anderen Weg finden, um die Teile herzustellen oder fertigzustellen.

In der Welt der Metallbearbeitung ist es üblich, die Teile anzugeben, die anfänglich mit absichtlich maximalem Material hergestellt werden sollen. Dies ermöglicht es uns, mit einem kleineren Loch zu beginnen und es mit einer Bohrung oder einem Bohrer zu einem präziseren und runderen Loch zu öffnen. Wir können dasselbe mit einem Stift tun, indem wir mit einer dickeren Stange beginnen und sie drehen oder zermahlen, um sie glatter und runder zu machen.

In der FDM-3D-Druckwelt können wir auf der Workbench dasselbe tun. Drucken Sie zuerst die Teile mit einer zusätzlichen Wandschicht (oder zwei). Durch die zusätzliche Dicke kann mehr Material entfernt werden, während es ausgebohrt oder abgeschliffen wird, ohne das Teil zu stark zu schwächen. Führen Sie nach dem Drucken einen Bohrer durch das Loch, um es zu reinigen. Oder drehen Sie den Stift im Spannfutter eines Bohrmotors und schleifen Sie ihn mit einer Schleife aus Sandpapier ab.

Natürlich ist es jedes Mal, wenn Sie einen Endbearbeitungsvorgang hinzufügen, arbeitsintensiver und daher teurer. Das wollen wir also nicht in jedem Teil tun, aber wir können es in Betracht ziehen.

Beachten Sie, dass Sie beim Definieren von Teilen auf diese Weise nicht mit dem Düsendurchmesser oder der Schichthöhe beginnen. Stattdessen lassen Sie den Düsendurchmesser, die Schichthöhe und die Summe aller Ursachen für Abweichungen in der gemessenen Genauigkeit der Maschine anzeigen. Kleinere Düsen, dünnere Schichten, beheizte Betten oder Lüfter können jeweils zu einer verbesserten Genauigkeit beitragen, es ist jedoch am besten, die kumulative Wirkung aller Maschinenoptionen zu berücksichtigen.

Da Sie Düse gesagt haben, meine ich FDM 3D-Druck. Normalerweise verwenden Sie einen (1) Umriss der Lücke zwischen den Teilen. Ein Umriss entspricht normalerweise der Größe der Düse. Die Ecken eines 3D-gedruckten quadratischen Objekts sind abgerundet. Der Radius dieser Rundung wäre die Hälfte Ihres Düsendurchmessers (dh der Radius der Düse). Auch wenn eine Überextrusion auf dem Umriss auftreten würde, würden die beiden Teile nicht ineinander passen. Dies setzt natürlich voraus, dass sie so konstruiert sind, dass sie leicht auseinanderfallen. Andernfalls können Sie eine exakte Passform festlegen, wenn Sie beabsichtigen, sie durch Reibung zusammenzufügen.

Normalerweise drucke ich einen Testwürfel mit unterschiedlichen Wandstärken und berechne die durchschnittliche Abweichung. Dies benutze ich als Toleranz. Ich glaube jedoch nicht, dass viele riemengetriebene kartesische Drucker entlang der XY-Achse eine viel bessere Leistung als +/- 0,1 bis 0,25 mm erzielen können. Folglich würde ich vorschlagen, etwas zwischen 0,1 und 0,25 mm zu verwenden. Wenn es mehr als 0,5 mm ist, haben Sie ein Problem mit der Mechanik.

Nach 4 Monaten Druck habe ich eine Antwort für mindestens zwei Situationen gelernt, basierend auf der Geometrie des Filaments und der Düse. Für diese Diskussion verwende ich 0,1 mm Schichten mit einer 0,4 mm Düse.

Erstens ist die Grundbox und der Deckel aus meiner Frage. Es ist wichtig, sich an die Form der Düsenöffnung in einem Kreis zu erinnern. Wenn Sie also an die frische Luft extrudieren, erhalten Sie einen Zylinder. Aber wir extrudieren nicht ins Freie. Wir drücken das extrudierte Filament subtil in die Oberfläche oder die vorherige Schicht. In diesem Fall hat ein Querschnitt einer extrudierten Filamentlinie unter Verwendung meiner besten ASCII-Kunst abgerundete Kanten, die nur ungefähr der Düsengröße von 0,4 mm entsprechen, wie folgt:

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Und wenn Sie mehrere Schichten auflegen, sollte die Außenkante eines gedruckten Teils folgendermaßen aussehen:

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wo die Außenkante der Kurve tatsächlich leicht aus den geplanten Abmessungen des Teils herausragt. Die Frage ist, "wie viel"? Meine bisherige Erfahrung war 0,05 mm. Und denken Sie daran, dass Sie dies sowohl für das Kasten- als auch für das Deckelteil berücksichtigen müssen. Außerdem müssen Sie beim Entwerfen des Deckels diese Lücke an beiden Enden jeder Dimensionsachse berücksichtigen. Das bedeutet, dass ein Abstand von 0,2 mm immer noch eine gute Passform sein kann.

Nehmen wir für das zweite Szenario an, Sie haben zwei Drucke, die zusammenpassen. Der Basisdruck enthält eine nach oben weisende Stange oder einen Zylinder wie ein Lego-Stück, die in eine gepaarte Öffnung passen.

Jetzt müssen Sie die passende Zylinderöffnung im oberen Teil erstellen und wissen, wie groß sie ist. Das Problem ist die Oberseite der Öffnung, unter der sich nur Luft befindet, um das Filament zu halten. Bei kleinen Lücken können Sie die Entfernung überbrücken. Für größere Lücken können Sie Trägermaterial oder Halbkugeloberteil verwenden.

Angenommen, Sie finden diese Optionen für dieses Szenario schwierig, oder andere Faktoren führen dazu, dass Sie dieses Teil seitlich drucken. Anstelle einer Öffnung für einen Zylinder, der wie eine Dose Suppe sitzt, drucken Sie das Teil so, wie der Zylinder auf der Seite lag.

Nun können wir die Geometrie betrachten, wie das Filament abgelegt wird. Bei meinem Beispiel für Düsen- und Schichtabmessungen stellen wir fest, dass Ihre Öffnung nicht der genaue Kreis ist, der vom Modell angegeben wird . Stattdessen haben Sie ein Rastermuster, wie es bei alten 8-Bit-Computern der Fall ist. Schlimmer noch, die Breite jedes "Pixels" ist bis zu viermal größer als die Höhe.

In diesem Sinne beträgt der minimale zusätzliche Platz, den Sie benötigen, die Hälfte dieser Höhe von 0,1 mm, und die falsche Situation kann dies auf die Hälfte der Filamentbreite von 0,4 mm ausweiten. Und da dies den ganzen Teil (auf beiden Seiten) umgibt, benötigen Sie diese Abstände zweimal. Dies ist zusätzlich zu dem zuvor für die Box beschriebenen Ridging-Effekt. Das Ergebnis bedeutet, dass Ihr abgerundetes Teil zwischen einem Spalt zwischen 0,3 mm und 0,5 mm suchen sollte, mit zusätzlichem Spaltraum, wenn Sie ein Teil entwerfen, das Sie möglicherweise irgendwann skalieren möchten. Denken Sie jedoch daran, dass Kunststoff biegsam und schleifbar ist, wenn es zu einem (wörtlichen) Druck kommt. In der Praxis habe ich mich am unteren Ende dieses Bereichs gut geschlagen.