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2024-06-14 【3D列印技巧】2024年改善3D列印公差指南 - 讓你的3D列印作品更加符合預(yù)期
【3D列印技巧】2024年改善3D列印公差攻略 - 讓你的3D列印作品更加符合預(yù)期
在快速發(fā)展的增材製造世界中，了解3D列印公差對(duì)於最終產(chǎn)品的成功環(huán)環(huán)相扣。本文重點(diǎn)介紹3D列印公差的重要性，提供簡(jiǎn)單步驟來(lái)測(cè)試和提高列印效果。無(wú)論你是新手愛(ài)好者還是中級(jí)用戶，趕快存下這篇文章，使你的3D列印更加精確和有成就感。
什麼是3D列印公差？
3D列印機(jī)的公差指的是列印物體與原始模型相比，在尺寸上的可接受變異。這種變異不可避免地由多種因素引起，包括列印機(jī)類型、使用的材料、零件設(shè)計(jì)以及列印機(jī)的校準(zhǔn)。高精度列印機(jī)可以限制這種變異，通常以微米（µm）或毫米為單位測(cè)量，確保成品盡可能接近預(yù)期設(shè)計(jì)。
3D列印公差需要微妙的平衡。如果過(guò)於緊密，列印可能失敗；如果過(guò)於寬鬆，組件可能無(wú)法正確配合。因此，理解和調(diào)整公差對(duì)於3D列印過(guò)程的成功至關(guān)重要。
為什麼3D列印公差很重要？
了解3D列印公差是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量列印的關(guān)鍵。在本節(jié)中，我們將探討公差在3D列印中的重要性，從列印精度到功能適配，確保你的項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)。
• 精度和準(zhǔn)確性
精度指的是測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)或已知值的接近程度，而準(zhǔn)確性則是多次測(cè)量值之間的接近程度。在3D列印中，兩者都很重要。適當(dāng)公差的零件確保既準(zhǔn)確（接近原始設(shè)計(jì)）又精確（尺寸一致）。
• 效率和成本節(jié)約
了解和使用公差可以幫助你減少列印失敗和後期精加工的需要，從而提高時(shí)間和材料的效率，最終節(jié)省成本。
• 零件的互換性
對(duì)於涉及互換零件的項(xiàng)目，精確的公差至關(guān)重要。即使是設(shè)計(jì)尺寸上的微小變異也會(huì)導(dǎo)致零件不兼容，進(jìn)而需要進(jìn)行額外迭代甚至項(xiàng)目失敗。
• 功能零件 : 列印齒輪和連接器等功能零件時(shí)，嚴(yán)格的公差至關(guān)重要，以確保零件的性能和配合。
• 表面質(zhì)量：公差還影響列印物體的表面質(zhì)量、質(zhì)感和美觀。調(diào)整公差可以幫助減少列印錯(cuò)誤，如翹曲、拉絲、重影或?qū)右啤?br />
• 材料特性：不同的列印材料對(duì)公差有不同的影響。例如，有些材料在冷卻時(shí)會(huì)收縮，這在設(shè)計(jì)公差時(shí)應(yīng)該考慮。了解各種材料的行為對(duì)於實(shí)現(xiàn)預(yù)期的公差至關(guān)重要。
如何測(cè)試3D列印機(jī)公差？
這一步驟不僅揭示了列印機(jī)的精度，還為改進(jìn)提供了基準(zhǔn)。無(wú)論你是在解決問(wèn)題還是僅僅希望改進(jìn)列印質(zhì)量，學(xué)會(huì)如何有效地測(cè)試3D列印機(jī)的公差都是每個(gè)3D列印愛(ài)好者必備的技能。讓我們來(lái)探討進(jìn)行這些測(cè)試所需的方法和工具。
• 列印校準(zhǔn)模型
通過(guò)列印專門設(shè)計(jì)的校準(zhǔn)模型開(kāi)始你的3D列印公差測(cè)試。該模型應(yīng)測(cè)試各種尺寸和特徵，如薄壁、孔洞和懸垂。你可以輕鬆地在線找到這樣的模型，或者使用CAD軟體建立自己的模型。
• 測(cè)量結(jié)果
列印校準(zhǔn)模型後，使用精密測(cè)量工具，如卡尺或測(cè)微計(jì)，測(cè)量列印零件的尺寸。將這些數(shù)據(jù)與原始設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行比較，以確定偏差，幫助你了解列印機(jī)的公差。
• 測(cè)試不同的列印設(shè)置
更改列印機(jī)的設(shè)置，在不同條件下測(cè)試其性能。這可能包括調(diào)整層高、列印速度、噴嘴溫度和填充百分比。通過(guò)這樣做，你可以找出改善列印機(jī)公差的最佳設(shè)置。
• 測(cè)試不同材料
3D列印材料具有不同的特性，會(huì)顯著影響公差。使用不同的材料，如PLA、ABS、PETG等，測(cè)試你的列印機(jī)，以了解材料選擇如何影響列印機(jī)的公差。
• 測(cè)試懸垂和支撐結(jié)構(gòu)
列印懸垂和生成支撐結(jié)構(gòu)的能力對(duì)於複雜的3D模型至關(guān)重要。通過(guò)列印包含不同程度懸垂和不同支撐結(jié)構(gòu)類型的模型，測(cè)試列印機(jī)在這些方面的性能。
• 重複測(cè)試以確保一致性
為了確保準(zhǔn)確性和可靠性，使用相同的校準(zhǔn)模型進(jìn)行多次測(cè)試。重複測(cè)試有助於驗(yàn)證列印機(jī)在相同條件下性能的一致性。
如何改善3D列印公差？
在探討如何測(cè)試3D列印機(jī)公差之後，現(xiàn)在讓我們深入了解提高公差的有效策略。本節(jié)將指導(dǎo)你通過(guò)實(shí)用的技巧來(lái)實(shí)現(xiàn)3D列印的精度。
• 維護(hù)和校準(zhǔn)列印機(jī)
也許實(shí)現(xiàn)最大印精度並保持在公差範(fàn)圍內(nèi)的最重要方法是校準(zhǔn)機(jī)器。校準(zhǔn)不當(dāng)?shù)牧杏C(jī)會(huì)導(dǎo)致零件不直、尺寸不正確且彼此不合適。定期維護(hù)，如清潔列印床、潤(rùn)滑活動(dòng)零件和緊固螺絲，可以顯著改善3D列印的公差。此外，確保列印床平整並校準(zhǔn)擠出機(jī)和其他列印機(jī)零件有助於提高準(zhǔn)確性。
• 優(yōu)化切片設(shè)置
調(diào)整切片設(shè)置是實(shí)現(xiàn)更好公差的必要步驟。調(diào)整層高、列印速度和噴嘴溫度等參數(shù)，以找到列印質(zhì)量和速度之間的最佳平衡。
• 環(huán)境控制
列印環(huán)境的溫度和濕度會(huì)顯著影響列印公差。保持穩(wěn)定和受控的環(huán)境可以導(dǎo)致更一致和精確的列印。考慮使用外殼來(lái)穩(wěn)定溫度並減少氣流。
• 使用高質(zhì)量線材
線材的質(zhì)量對(duì)最終列印件的公差起著至關(guān)重要的作用。投資高質(zhì)量的線材可以幫助你穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)果。
• 改善零件冷卻
在列印過(guò)程中均勻冷卻列印零件對(duì)保持尺寸精度至關(guān)重要。你可能需要調(diào)整風(fēng)扇設(shè)置、重新定位冷卻風(fēng)扇或增加更多風(fēng)扇以實(shí)現(xiàn)更好的冷卻效果。
• 在設(shè)計(jì)過(guò)程中調(diào)整模型公差
在CAD軟體中，設(shè)計(jì)零件時(shí)考慮到預(yù)期的收縮和已知的列印機(jī)限制。這樣做可以增加列印零件正確配合和功能的可能性。
在大多數(shù)應(yīng)用中，兩個(gè)零件之間的接頭具有特定的功能。
來(lái)舉個(gè)例子 ，考慮一個(gè)直徑為 50 mm 的圓軸，它應(yīng)該適合直徑為 50 mm 的圓孔。實(shí)際上，對(duì)於這兩個(gè)部分如何組合在一起，有三種選擇：
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• 餘隙配合
軸直徑明顯小於孔徑，分別為 49.8 毫米和 50.2 毫米。在這種情況下，軸將很容易滑入和滑出孔並在孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
• 過(guò)盈配合
軸的直徑與孔的直徑相同或略寬，分別為 50.2 和 49.8 毫米。如果沒(méi)有很大的力，軸不會(huì)進(jìn)入孔中。一旦進(jìn)入，它可能不會(huì)在不破壞零件的情況下取出。當(dāng)需要高同心度和相互運(yùn)動(dòng)（例如將軸連接到軸承）時(shí)，這種類型的配合被廣泛使用。
• 過(guò)渡配合
軸直徑僅略小於孔的直徑，分別為 49.9 毫米和 50.0 毫米。軸將以最小的壓力安裝在孔中並保持相對(duì)同心度。或者，軸直徑可能略大於孔的直徑，並且需要稍大的壓力（但不如過(guò)盈配合那麼大）。
實(shí)際上，每種擬合類型都跨越了一系列允許的組合。上面給出的尺寸只是示例。為了正確選擇適合和相應(yīng)的設(shè)計(jì)，有幾個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（例如 ISO 公差），但我們不會(huì)在本文中討論。
• 後處理
即使經(jīng)過(guò)所有校準(zhǔn)、適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和特殊的切片配置，零件仍可能超出公差範(fàn)圍。在這種情況下，它們需要與後處理保持一致。接受對(duì)零件進(jìn)行後處理的需要並不可恥。即使使用耗資數(shù)十萬(wàn)美元的極其精確的 CNC 加工中心，以使零件適合並符合規(guī)格，進(jìn)行一些後處理是必要的，打磨、銼削或鑽孔等技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)更好的配合和功能。
• 考慮升級(jí)列印機(jī)
硬體升級(jí)可以顯著改善列印公差。這可能包括用高精度噴嘴替換原噴嘴、升級(jí)到更準(zhǔn)確的熱床平整系統(tǒng)，或投資於具有更堅(jiān)固框架的列印機(jī)。
善用AI人工智慧省去過(guò)多3D列印測(cè)試跟步驟
AI智慧3D列印機(jī)通過(guò)引入人工智慧技術(shù)，大大提升了操作便利性、列印精度和故障排除能力，使得3D列印變得更加自動(dòng)化和智慧化。相較之下，傳統(tǒng)3D列印機(jī)則需要更多的人力操作和專業(yè)知識(shí)，適合有經(jīng)驗(yàn)的用戶或不太複雜的列印任務(wù)。
| 傳統(tǒng)3D列印機(jī) |
AI智慧3D列印機(jī) |
1. 手動(dòng)調(diào)整和校準(zhǔn)
需要手動(dòng)進(jìn)行列印床調(diào)平和擠出機(jī)校準(zhǔn)。設(shè)定和調(diào)整列印參數(shù)（如溫度、速度、層高）需要一定的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。
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1. 自動(dòng)化調(diào)整和校準(zhǔn)
具有自動(dòng)調(diào)平功能，確保列印床始終平整。可以自動(dòng)校準(zhǔn)擠出機(jī)和其他關(guān)鍵部件，大大減少了用戶的手動(dòng)操作需求。 |
2. 有限的監(jiān)控和控制
只能通過(guò)基本的介面和軟體進(jìn)行控制。列印過(guò)程中的監(jiān)控主要依賴於用戶的肉眼觀察，難以精確監(jiān)控和調(diào)整。
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2. 智慧監(jiān)控和控制
配備AI相機(jī)和傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控列印過(guò)程，並根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。具有遠(yuǎn)程控制功能，用戶可以通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用程式或網(wǎng)頁(yè)介面進(jìn)行操作。 |
3. 故障排除依賴用戶經(jīng)驗(yàn)
當(dāng)出現(xiàn)列印錯(cuò)誤（如翹邊、拉絲、層移）時(shí)，用戶需要依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行故障排除和解決。
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3. 智慧故障排除
AI可以分析列印過(guò)程中的問(wèn)題，如層移、拉絲、翹邊，並自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整或提示用戶進(jìn)行相應(yīng)操作。提供列印過(guò)程的實(shí)時(shí)反饋，確保高質(zhì)量列印。 |
4. 設(shè)備升級(jí)選項(xiàng)有限
需要手動(dòng)進(jìn)行硬體升級(jí)
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4. 硬體升級(jí)選項(xiàng)多樣
具有更多高精度元件和模組選擇 |
5. 操作相對(duì)複雜
需要較多的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)
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5. 用戶操作簡(jiǎn)便
合各類用戶，包括初學(xué)者和專業(yè)人士 |
拓竹 Bambu Lab X1 Carbon Combo 3D列印機(jī)
Bambu Lab X1 Carbon Combo 3D列印機(jī)在增材製造中帶來(lái)革命性的變革，列印速度高達(dá)500 mm/s。憑藉0.1mm的精細(xì)精度和內(nèi)置的AI相機(jī)監(jiān)控，每次列印都能極其準(zhǔn)確和高效。它提供雷射雷達(dá)和AI系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)首層的列印品質(zhì)，如有異常會(huì)發(fā)出警告到您的手機(jī)。自動(dòng)調(diào)平確保每次列印的精確對(duì)齊和簡(jiǎn)易組裝，為改善3D列印公差列印奠定了基礎(chǔ)。
拓竹 Bambu Lab X1E 3D列印機(jī)
X1E 3D列印機(jī)為工業(yè)用途而設(shè)計(jì)，同樣也有人工智慧演算法利用光達(dá)和電腦視覺(jué)來(lái)檢測(cè)第一層的瑕疵和炒麵誤差，並配有腔室溫度控制系統(tǒng)（高達(dá) 60°C 或 140°F），列印速度高達(dá)500 mm/s，擠出流量為32 mm³/s，具有0.1 mm的精度，相較X1C可列印的線材更廣泛，特別是PC或ABS材質(zhì)
常見(jiàn)問(wèn)題Q&A
• 什麼是3D列印的良好公差？
3D列印的良好尺寸公差通常約為0.1毫米。由於3D列印是通過(guò)增材過(guò)程操作的，相較於注塑成型或CNC加工等減材技術(shù)，它通常會(huì)出現(xiàn)更大的公差偏差。因此，在設(shè)計(jì)階段考慮這些潛在的偏差是很重要的。
• 3D列印零件需要什麼樣的公差才能相互配合？
3D列印零件相互配合所需的公差因期望的配合程度而異。對(duì)於緊密配合，通常需要0.005英寸（約0.127毫米）的間隙。對(duì)於標(biāo)準(zhǔn)配合，通常約為0.010英寸（約0.254毫米），而對(duì)於鬆配合，應(yīng)約為0.020英寸（約0.508毫米）。對(duì)於壓配合，零件通常按線對(duì)線生產(chǎn)，即軸和孔的直徑幾乎相同。在所有情況下，鑑於3D列印公差的特性，測(cè)試和迭代設(shè)計(jì)可能是實(shí)現(xiàn)預(yù)期結(jié)果所必需的。