Que tipos de lacunas / tolerâncias devo usar ao projetar peças que se encaixam?

Digamos que estou modelando uma caixa simples com uma tampa. Apenas como exemplo, diremos que a borda externa na parte superior da caixa é de 50 mm x 50 mm. Com o software de modelagem 3D, é fácil criar uma tampa para esta caixa cercar a parte superior com um tamanho de borda interna de também exatamente 50 mm x 50 mm ... mas isso parece uma má ideia. Certamente eu vou querer algum tipo de lacuna, para garantir um fácil ligar / desligar. Um ajuste exato parece estar pedindo problemas.

• Quanta lacuna deixamos para esse tipo de coisa?
• Está relacionado ao tamanho do bico?
• Suponho que isso também importe com a firmeza que você deseja ajustar, embora eu espere que, nos casos em que um ajuste apertado seja importante, algum tipo de encaixe ou clipe seja usado.
• As impressões de rascunho com tamanhos de camada maiores são úteis para entender isso ou as camadas ásperas tornam as coisas mais apertadas do que na impressão final?

Versão curta: basicamente, isso depende da impressora, marca, modelo, tipo, estado de manutenção, extrusora, configurações do cortador, tensão da correia, folga, atrito, etc.

Versão longa: Basicamente, sua impressora determina a precisão da impressão; você pode influenciar um pouco a precisão calibrando e ajustando a impressora com precisão. O que é feito regularmente é imprimir cubos de calibração de tamanho fixo. Antes de fazer isso, você deve ler " Como calibro a extrusora da minha impressora?"; isso explica para calibrar a extrusora. Com uma extrusora afinada, você pode imprimir esses cubos de calibração XYZ ou, no seu caso, criar uma caixa de, por exemplo, 50 x 50 x 15 mm. Ao medir o comprimento e a largura com uma pinça, você saberá o quanto as tolerâncias são para esse tamanho de impressão. Eventualmente, você pode alterar isso reajustando as etapas por mm no firmware da impressora, mas isso nem sempre é uma recomendação (pois as etapas por mm devem estar relacionadas de acordo com o layout mecânico do mecanismo usado, por exemplo, o tamanho e o passo da correia em combinação com a polia e a resolução do passo).

Por favor, procure também a resposta " Como fazer com que as peças móveis não fiquem juntas? "; essa resposta sugere a impressão de um modelo de calibração de tolerância que usa formas diabólicas separadas do objeto externo por vários valores para o deslocamento entre as peças. Ao imprimir isso, você pode descobrir que tipo de tolerância funciona para você. Observe que as tolerâncias em peças menores podem ser diferentes das tolerâncias em peças maiores.

A resposta à sua pergunta depende, portanto, da sua máquina de impressão 3D, mas geralmente os valores de tolerância variam em alguns décimos de milímetro. Para habilitar uma tampa em cima de uma caixa, como no seu exemplo, você deve manter a tolerância em mente ao projetar a tampa. Normalmente, alguns décimos de milímetro extras serão suficientes, mas se você fizer algumas impressões de teste primeiro, saberá exatamente.

Para responder à pergunta qual é a influência da altura da camada na tolerância, cito :

Carregue um cubo de 25 mm no seu slicer e defina o preenchimento como 0%, perímetros como 1 e as camadas sólidas superiores como 0. Você também deseja imprimi-lo em uma resolução fina - eu escolhi 0,15 mm e, na verdade, pequena diferença (0,02 mm) na espessura da parede, em oposição a 0,3 mm.

Então, sim, a altura da camada tem um efeito, mas é muito pouco.

Uma leitura interessante é " Um guia para entender as tolerâncias da sua impressora 3D " de " matterhackers ".

Uso meus valores de folga de acordo com minha regra geral: 0,1 mm - para encaixar com alguma força, 0,2 mm - apenas encaixe de ponta a ponta sem força.

Exemplos:

1) o cilindro de metal de 3 mm a ser pressionado na peça de plástico precisa de um furo impresso de 3 mm + 0,1 mm * 2 = 3,2 mm de diâmetro (folga dos dois lados)

2) O parafuso de 3 mm para encaixar na peça de plástico precisa de um furo maior que 3 mm + 0,2 mm * 2 = 3,4 mm que é 3,5 mm já será bom.

Isso é totalmente experimental, mas sempre funcionou para mim em três impressoras diferentes e em PLA e ABS.

Sim, é necessária alguma autorização. Mesmo se você estivesse usinando peças metálicas perfeitas, desejaria uma folga (e também permitiria o desalinhamento ao longo do eixo Z, juntas longas podem se unir facilmente).

Além disso, é necessário fazer uma pequena tolerância para as paredes que se elevam ligeiramente sob a pressão de extrusão (a altura da camada é menor que o diâmetro do bico).

Outros fatores a serem levados em consideração são as mudanças de camada (que geralmente fazem uma pequena costura aparecer) e os efeitos de ondulação resultantes da aceleração. Isso significa que, mesmo depois de testar a lacuna exigida por um modelo específico na sua impressora, você não pode confiar na mesma lacuna funcionando perfeitamente quando cria outro modelo. Se você precisar de simetria rotacional em seu encaixe, será mais difícil obter uma boa junta estanque para ser confiável.

Às vezes, um design de impressão no local pode proporcionar um efeito semelhante a um design de clipe em conjunto, mas permitindo uma retenção mais positiva

Antes de entrarmos no tamanho dos bicos e nos encaixes, vamos começar com uma imagem maior. Precisamos usar uma linguagem comum para definir as partes.

• A provisão é uma diferença planejada entre um valor nominal ou de referência e um valor exato.
  • A folga é uma permissão que define o espaço intencional entre duas partes.
  • Interferência é uma permissão que define a sobreposição intencional entre duas partes.
• Tolerância é a quantidade de desvio ou variação aleatória permitida para uma determinada dimensão. Quanto erro a peça pode tolerar e ainda funcionar?

Vamos usar um exemplo. Queremos que um pino de 5 mm entre em um orifício de 5 mm e queremos um ajuste solto entre eles.

Dissemos 5mm, mas qual 5mm é mais importante - o furo de 5mm ou o pino de 5mm? Digamos que outras pessoas tenham pinos de 5 mm que desejam usar com o nosso orifício. Nesse caso, a dimensão do pino está fora de nosso controle e, portanto, é mais importante para a interoperabilidade.

O ajuste solto está exigindo folga. Vamos especificar 0,2 mm para que eles possam girar livremente. Poderíamos adicionar a tolerância de 0,2 mm ao furo, fornecendo um orifício de 5,2 mm com um pino de 5,0 mm; podemos subtrair a tolerância de 0,2 mm do pino, fornecendo um orifício de 5,0 mm com um pino de 4,8 mm; ou divida a diferença da maneira que desejar, como um orifício de 5,1 mm e um pino de 4,9 mm. Como especificamos que o pino é mais importante, adicionaremos a permissão ao furo.

Agora que definimos nossa parte, vamos definir outros termos importantes para nos ajudar a entender o processo de fabricação:

• Precisão é a variação dimensional máxima entre as peças. (Outra palavra pode ser repetibilidade.) Observe que uma máquina não pode produzir peças com uma tolerância mais rígida que sua precisão.
• Precisão é o tamanho das etapas de uma máquina. A precisão costuma ser confundida com precisão, mas elas não são a mesma coisa.

Agora precisamos entender a precisão da nossa máquina. A impressora pode imprimir o pino maior que 5 mm ou menor que 5 mm. Ou pode imprimir um furo maior que 5 mm ou menor que 5 mm. Para determinar a precisão da impressora, precisamos imprimir alguns pinos e orifícios de 5 mm e medir as diferenças entre o que definimos e o que imprimimos. A diferença entre as maiores e as menores medidas é a precisão da nossa máquina. Certifique-se de medir a precisão nas dimensões X, Y e Z; uma impressora pode ter uma diferença entre os eixos X e Y que afetariam a redondeza das peças. (Se estiver desativado, isso geralmente pode ser ajustado no firmware da máquina através de um processo de calibração.) Além disso, devemos testar peças redondas, orifícios redondos, peças quadradas e orifícios quadrados,

Digamos que a precisão medida da impressora para orifícios redondos e pinos redondos seja +/- 0,2 mm.

Então, passamos para a liberação. Qual é a diferença mínima entre as peças e ainda faz o trabalho e qual é a diferença máxima aceitável? Como designer, cabe a você decidir. Neste exemplo, dissemos que queremos um ajuste solto, então vamos definir uma folga de pelo menos 0,2 mm entre o pino e o furo; mas não mais que 1,0 mm ou as peças cairão.

Como a precisão da máquina é de +/- 0,2 mm, o pino estará em qualquer lugar entre 5,2 mm e 4,8 mm. O orifício deve, portanto, ser de 5,2 mm mais a folga e a precisão do orifício. Isso fornece a dimensão do furo como 5,6 mm +/- 0,2 mm. A condição de tolerância mínima seria um orifício de tamanho mínimo (5,4 mm) e um pino de tamanho máximo (5,2 mm), proporcionando uma folga de 0,2 mm; a tolerância máxima seria um orifício de tamanho máximo (5,8 mm) e um pino de tamanho mínimo (4,8 mm), proporcionando uma folga de 1,0 mm.

Observe que uma folga de 1,0 mm é realmente superficial. Pode parecer muito solto para a nossa aplicação. Podemos pensar em aumentar as tolerâncias para 0,05 mm, a fim de reduzir a folga. Mas observamos que uma máquina não pode produzir uma tolerância mais rígida que sua precisão. Se a impressora não conseguir produzir uma peça que atenda às tolerâncias especificadas, precisaríamos encontrar uma maneira diferente de fabricar ou terminar as peças.

No mundo do trabalho em metal, uma maneira comum de fazer isso é especificar as peças a serem inicialmente fabricadas com material intencionalmente máximo. Isso nos permite começar com um furo menor e usar um furo ou broca para abri-lo para um furo mais preciso e redondo. Podemos fazer a mesma coisa com um alfinete, começando com uma haste mais grossa e girando ou esmerilhando-a para torná-la mais lisa e redonda.

No mundo da impressão 3D em FDM, podemos fazer o mesmo tipo de coisa na bancada de trabalho. Primeiro, imprima as peças com uma camada extra de parede (ou duas). A espessura extra fornece mais material para remover durante a perfuração ou trituração, sem enfraquecer muito a peça. Após a impressão, passe uma broca pelo orifício para limpá-lo. Ou gire o pino no mandril de um motor de perfuração e triture-o com um laço de lixa.

É claro que sempre que você adiciona uma operação de acabamento, é mais trabalhoso e, portanto, mais caro. Portanto, isso não é algo que queremos fazer em todas as partes, mas podemos considerá-lo.

Observe que, quando você define as peças dessa maneira, não começa com o diâmetro do bico ou a altura da camada. Em vez disso, você está permitindo que o diâmetro do bico, a altura da camada e a soma de todas as causas das variações apareçam na precisão medida da máquina. Bicos menores, camadas mais finas, leitos aquecidos ou ventiladores de refrigeração podem contribuir para uma precisão aprimorada, mas é melhor levar em consideração o impacto cumulativo de todas as opções da máquina.

Desde que você disse o bico, espero que você queira dizer impressão 3D FDM. Normalmente, você usaria um (1) esboço de espaço entre as partes. Um contorno geralmente é igual ao tamanho do bico. Os cantos de um objeto quadrado impresso em 3d são arredondados. O raio desse arredondamento seria metade do diâmetro do seu bico (ou seja, o raio do bico). Além disso, se houvesse extrusão excessiva no contorno, as duas partes não se encaixariam. Obviamente, isso pressupõe que eles estão sendo projetados para desmontar facilmente. Caso contrário, você poderá ajustá-los exatamente se pretender friccioná-los.

Normalmente imprimo um cubo de teste com diferentes espessuras de parede e calculo o desvio médio. Isso eu uso como tolerância. No entanto, não acredito que muitas impressoras cartesianas acionadas por correia possam ter um desempenho muito melhor que +/- 0,1 a 0,25 mm ao longo do eixo XY. Consequentemente, eu sugeriria usar algo entre 0,1 e 0,25 mm. Se for maior que 0,5 mm, você terá um problema com a mecânica.

Após imprimir 4 meses, aprendi uma resposta para pelo menos duas situações, com base na geometria do filamento e do bico. Para esta discussão, estou usando camadas de 1 mm com um bico de 4 mm.

Primeiro é a caixa e a tampa básicas, da minha pergunta. É importante lembrar o formato da abertura do bico em um círculo e, portanto, ao expulsar para o ar livre, você obtém um cilindro. Mas não extrudamos para o ar livre. Pressionamos sutilmente o filamento extrudado na superfície de construção ou na camada anterior. Nesse caso, usando minha melhor arte ascii, uma seção transversal de uma linha de filamento extrudado possui bordas arredondadas que se aproximam apenas do tamanho do bico de 0,4 mm, assim:

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E conforme você estabelece várias camadas, a borda externa de uma peça impressa deve se parecer mais com isso:

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(
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onde a borda externa da curva se projeta levemente das dimensões planejadas da peça. A questão é quanto"? Minha experiência até agora foi de 0,05 mm. E lembre-se, você precisa levar isso em consideração tanto para a parte da caixa quanto para a parte da tampa. Além disso, ao projetar a tampa, é necessário levar em consideração essa lacuna nas duas extremidades de cada eixo dimensional. Isso significa que uma diferença de 0,2 mm ainda pode ser um ajuste agradável e confortável.

Para o segundo cenário, digamos que você tenha um par de impressões que se encaixam. A impressão de base inclui uma haste ou cilindro apontando para cima, como uma peça de Lego, que será encaixada em uma abertura emparelhada.

Agora você precisa criar a abertura do cilindro correspondente na parte superior e saber o tamanho. A preocupação é o topo da abertura, que não tem nada além de ar para sustentar o filamento. Para pequenas lacunas, você pode diminuir a distância. Para espaços maiores, você pode usar material de suporte ou parte superior do hemisfério.

Digamos que você ache essas opções difíceis para esse cenário, ou talvez outros fatores você imprima esta peça deitada de lado. então, em vez de uma abertura para um cilindro assentado como uma lata de sopa, você imprime a peça como está no cilindro.

Agora podemos considerar a geometria de como o filamento é colocado. Com o meu exemplo de dimensões de bico e camada, percebemos que sua abertura não é o círculo preciso indicado pelo modelo . Em vez disso, você tem um padrão de grade, como arte de computador antiga de 8 bits. Pior, a largura de cada "pixel" é até 4 vezes maior que a altura.

Com isso em mente, o espaço extra mínimo necessário será 1/2 dessa altura de .1mm, e a situação errada pode estender isso para até 1/2 da largura do filamento de .4mm. E como isso percorre toda a peça (nos dois lados), você precisa dessas distâncias duas vezes. Isso é um acréscimo ao efeito de sulco discutido para a caixa anteriormente. O resultado significa que sua peça arredondada deve procurar uma folga entre 0,3 mm e 0,5 mm, com espaço adicional na folga se você estiver projetando uma peça que poderá ser dimensionada em algum momento. Lembre-se, porém, que o plástico é maleável e, se o empurrão chegar ao empurrão (literal), lixável. Na prática, me saí bem perto do limite inferior desse intervalo.