¿Qué tipo de espacios / tolerancias debo usar al diseñar piezas que encajan?

Digamos que estoy modelando una caja simple con tapa. Solo como ejemplo, diremos que el borde exterior a lo largo de la parte superior de la caja es de 50 mm x 50 mm. Con el software de modelado 3D, es fácil construir una tapa para que esta caja rodee la parte superior con un tamaño de borde interno de exactamente 50 mm x 50 mm ... pero esto parece una mala idea. Seguramente querré algún tipo de brecha, para asegurar un encendido / apagado fácil. Un ajuste exacto parece estar pidiendo problemas.

• ¿Cuánta brecha dejamos para este tipo de cosas?
• ¿Está relacionado con el tamaño de la boquilla?
• Supongo que también importa qué tan apretado quieras ajustar, aunque espero que en los casos en los que un ajuste apretado importe se use algún tipo de broche o clip.
• ¿Las impresiones en borrador con capas de mayor tamaño son útiles para calcular esto, o las capas rugosas hacen que las cosas parezcan más ajustadas de lo que serán en una impresión final?

Versión corta: básicamente, esto depende de su impresora, marca, modelo, tipo, estado de mantenimiento, extrusora, configuración de la rebanadora, tensión de la correa, juego, fricción, etc.

Versión larga: Básicamente, su impresora determina qué tan precisa imprime; Puede influir un poco en la precisión calibrando y ajustando la impresora. Lo que se hace regularmente es imprimir cubos de calibración de tamaño fijo. Antes de hacer eso, debe leer " ¿Cómo calibro el extrusor de mi impresora?"; esto explica la calibración de la extrusora. Con una extrusora ajustada puede imprimir esos cubos de calibración XYZ, o en su caso crear una caja de, por ejemplo, 50 x 50 x 15 mm. Cuando mide la longitud y el ancho con un calibrador, sabrá cuánto son las tolerancias para este tamaño de impresión. Eventualmente, puede cambiar esto reajustando los pasos por mm en el firmware de la impresora, pero esto no siempre es una recomendación (ya que sus pasos por mm deberían estar relacionados a la disposición mecánica del mecanismo utilizado, por ejemplo, el tamaño de la correa y el paso en combinación con la polea y la resolución gradual.

Consulte también la respuesta de " ¿Cómo hacer que las partes móviles no se peguen? "; Esta respuesta sugiere imprimir un modelo de calibración de tolerancia que utiliza formas diabólicas separadas del objeto externo por varios valores para el desplazamiento entre las piezas. Cuando imprima esto, puede averiguar qué tipo de tolerancia funciona para usted. Tenga en cuenta que las tolerancias en piezas más pequeñas pueden ser diferentes a las tolerancias en piezas más grandes.

La respuesta a su pregunta, por lo tanto, depende de su máquina de impresión 3D, pero generalmente los valores de tolerancia varían en unas pocas décimas de milímetro. Para habilitar una tapa encima de una caja como en su ejemplo, debe tener en cuenta la tolerancia al diseñar la tapa. Por lo general, unas pocas décimas de milímetro adicionales serán suficientes, pero si primero realiza algunas impresiones de prueba, sabrá exactamente.

Para responder a la pregunta cuál es la influencia de la altura de la capa en la tolerancia, cito :

Cargue un cubo de 25 mm en su rebanadora y configure el relleno al 0%, los perímetros a 1 y las capas sólidas superiores a 0. También querrá imprimirlo con una resolución fina: elegí 0,15 mm y realmente hizo un pequeña diferencia (0.02 mm) en el grosor de la pared en oposición a 0.3 mm.

Entonces, sí, la altura de la capa tiene un efecto, aunque es muy poco.

Una lectura interesante es " Una guía para comprender las tolerancias de su impresora 3D " de los " adictos a la materia ".

Utilizo mis valores de espacio libre de acuerdo con mi regla general: 0.1 mm - para ajustar con cierta fuerza, 0.2 mm - solo ajusta de borde a borde sin fuerza.

Ejemplos:

1) El cilindro de metal de 3 mm para presionar en la pieza de plástico necesita un agujero impreso de 3 mm + 0.1 mm * 2 = 3.2 mm de diámetro (espacio libre desde dos lados)

2) El tornillo de 3 mm para encajar en la pieza de plástico necesita un orificio mayor de 3 mm + 0.2 mm * 2 = 3.4 mm que es 3.5 mm ya será bueno.

Esto es completamente experimental, pero siempre funcionó para mí en tres impresoras diferentes y en PLA y ABS.

Sí, es necesario un poco de autorización. Incluso si estuviera mecanizando piezas metálicas perfectas, desearía un espacio libre (y tener en cuenta la desalineación a lo largo del eje Z también, las uniones largas pueden unirse fácilmente).

Además de esto, debe hacer un pequeño margen para que las paredes se abulten ligeramente bajo la presión de extrusión (la altura de la capa es menor que el diámetro de la boquilla).

Otros factores a tener en cuenta son la exudación de cambio de capa (que a menudo hace aparecer una pequeña costura) y los efectos de ondulación resultantes de la aceleración. Esto significa que incluso una vez que haya probado el espacio que requiere un modelo específico en su impresora, no puede confiar en que el mismo espacio funcione perfectamente cuando diseña otro modelo. Si necesita una simetría rotacional en su ajuste, será más difícil obtener una buena junta apretada para ser confiable.

A veces, un diseño de impresión en el lugar puede darle un efecto similar al diseño de un clip juntos, pero permitiendo una retención más positiva

Antes de entrar en tamaños de boquillas y ajustes rápidos, comencemos con la imagen más grande. Necesitamos usar un lenguaje común para definir las partes.

• La asignación es una diferencia planificada entre un valor nominal o de referencia y un valor exacto.
  • El espacio libre es una asignación que define el espacio intencional entre dos partes.
  • La interferencia es un margen que define la superposición intencional entre dos partes.
• La tolerancia es la cantidad de desviación aleatoria o variación permitida para una dimensión dada. ¿Cuánto error puede tolerar la parte y seguir funcionando?

Usemos un ejemplo. Queremos que un pasador de 5 mm entre en un orificio de 5 mm, y queremos un ajuste holgado entre ellos.

Hemos dicho 5 mm, pero ¿qué 5 mm es más importante: el orificio de 5 mm o el pasador de 5 mm? Digamos que otras personas tienen pasadores de 5 mm que quieren usar con nuestro agujero. En este caso, la dimensión del pin está fuera de nuestro control y, por lo tanto, es más importante para la interoperabilidad.

El ajuste holgado requiere autorización. Especifiquemos 0.2 mm para que puedan girar libremente. Podríamos agregar el margen de 0.2 mm al agujero, dando un agujero de 5.2 mm con un pasador de 5.0 mm; podríamos restar el margen de 0.2 mm del pin, dando un agujero de 5.0 mm con un pin de 4.8 mm; o dividir la diferencia de la manera que queramos, como un agujero de 5.1 mm y un pin de 4.9 mm. Como especificamos que el pasador es más importante, agregaremos la asignación al agujero.

Ahora que hemos definido nuestra parte, definamos otros términos importantes para ayudarnos a comprender el proceso de fabricación:

• La precisión es la variación dimensional máxima entre las partes. (Otra palabra podría ser repetibilidad). Tenga en cuenta que una máquina no puede producir piezas con una tolerancia más estricta que su precisión.
• La precisión es el tamaño de los pasos que puede realizar una máquina. La precisión a menudo se confunde con la precisión, pero no son lo mismo.

Ahora necesitamos entender la precisión de nuestra máquina. La impresora podría imprimir el pin más grande que 5 mm o más pequeño que 5 mm. O podría imprimir el agujero más grande que 5 mm o más pequeño que 5 mm. Para determinar la precisión de la impresora, necesitaremos imprimir unos pines de 5 mm y agujeros de 5 mm y medir las diferencias entre lo que definimos y lo que imprimimos. La diferencia entre las mediciones más grandes y más pequeñas es la precisión de nuestra máquina. Asegúrese de medir la precisión en las dimensiones X, Y y Z; una impresora podría tener una diferencia entre los ejes X e Y que afectarían la redondez de las partes. (Si está apagado, esto generalmente se puede ajustar en el firmware de la máquina a través de un proceso de calibración). Además, debemos probar las partes redondas, los orificios redondos, las partes cuadradas y los orificios cuadrados,

Digamos que la precisión medida de la impresora para agujeros redondos y pines redondos es de +/- 0.2 mm.

Luego, pasamos al despacho. ¿Cuál es la brecha mínima entre las partes y sigue haciendo el trabajo, y cuál es la brecha máxima aceptable? Como diseñador, depende de usted decidir. En este ejemplo, dijimos que queremos un ajuste holgado, así que definamos un espacio libre de al menos 0.2 mm entre el pasador y el orificio; pero no más de 1.0 mm o las partes se caerán.

Dado que la precisión de la máquina es de +/- 0.2 mm, el pin estará en cualquier lugar entre 5.2 mm y 4.8 mm. Por lo tanto, el orificio debe tener 5.2 mm más espacio libre más la precisión del orificio. Eso da la dimensión del agujero como 5.6 mm +/- 0.2 mm. La condición de tolerancia mínima sería un orificio de tamaño mínimo (5,4 mm) y un pasador de tamaño máximo (5,2 mm), dando un espacio libre de 0,2 mm; la tolerancia máxima sería un orificio de tamaño máximo (5,8 mm) y un pasador de tamaño mínimo (4,8 mm) con un espacio libre de 1,0 mm.

Tenga en cuenta que un espacio libre de 1.0 mm es realmente descuidado. Puede parecer demasiado flojo para nuestra aplicación. Podríamos pensar en apretar las tolerancias a 0.05 mm para reducir el espacio libre. Pero hemos notado que una máquina no puede producir una tolerancia más estricta que su precisión. Si la impresora no puede producir una pieza que cumpla con nuestras tolerancias especificadas, necesitaríamos encontrar una forma diferente de fabricar o terminar las piezas.

En el mundo de la metalurgia, una forma común de hacer esto es especificar las piezas que se fabricarán inicialmente con material intencionalmente máximo. Esto nos permite comenzar con un agujero más pequeño y usar un taladro o una broca para abrirlo en un agujero más preciso y redondo. Podemos hacer lo mismo con un alfiler, comenzando con una varilla más gruesa y girándola o rectificándola para que sea más suave y redonda.

En el mundo de la impresión 3D FDM, podemos hacer lo mismo en el banco de trabajo. Primero, imprima las partes con una capa de pared adicional (o dos). El grosor adicional proporciona más material para eliminar mientras lo perfora o lo rectifica, sin debilitar demasiado la pieza. Después de imprimir, pase una broca a través del orificio para limpiarlo. O gire el pasador en el portabrocas de un motor de perforación y muélelo con un lazo de papel de lija.

Por supuesto, cada vez que agrega una operación de acabado, requiere más mano de obra y, por lo tanto, es más costosa. Así que esto no es algo que queremos hacer en cada parte, pero podemos considerarlo.

Tenga en cuenta que cuando define partes de esta manera, no comienza con el diámetro de la boquilla o la altura de la capa. En cambio, está permitiendo que el diámetro de la boquilla, la altura de la capa y la suma de todas las causas de las variaciones se muestren en la precisión medida de la máquina. Las boquillas más pequeñas, las capas más delgadas, las camas calentadas o los ventiladores de enfriamiento pueden contribuir a mejorar la precisión, pero es mejor tener en cuenta el impacto acumulativo de todas las opciones de la máquina.

Desde que dijo boquilla, espero que se refiera a la impresión FDM 3d. Por lo general, usaría un (1) esquema de espacio entre las partes. Un contorno suele ser igual al tamaño de la boquilla. Las esquinas de un objeto cuadrado impreso en 3D son redondeadas. El radio de ese redondeo sería la mitad del diámetro de la boquilla (es decir, el radio de la boquilla). Además, si se produjera una sobreextrusión en el contorno, las dos partes no encajarían entre sí. Por supuesto, esto supone que están siendo diseñados para separarse fácilmente. De lo contrario, puede hacer que encajen exactamente si tiene la intención de unirlos por fricción.

Normalmente imprimo un cubo de prueba con diferentes grosores de pared y calculo la desviación promedio. Esto lo uso como tolerancia. Sin embargo, no creo que muchas impresoras cartesianas accionadas por correa puedan funcionar mucho mejor que +/- 0.1 a 0.25 mm a lo largo del eje XY. En consecuencia, sugeriría usar algo entre 0.1 a 0.25 mm. Si es más de 0,5 mm, tiene un problema con la mecánica.

Después de imprimir 4 meses, aprendí una respuesta para al menos dos situaciones, basada en la geometría del filamento y la boquilla. Para esta discusión, estoy usando capas de .1 mm con una boquilla de .4 mm.

Primero está la caja y la tapa básicas, de mi pregunta. Es importante recordar la forma de la abertura de la boquilla en un círculo y, por lo tanto, al extrudir para abrir el aire, se obtiene un cilindro. Pero no extruimos al aire libre. Presionamos sutilmente el filamento extruido en la superficie de construcción o capa anterior. En ese caso, usando mi mejor arte ascii, una sección transversal de una línea de filamento extruido tiene bordes redondeados que solo se aproximan a ese tamaño de boquilla de .4 mm, como este:

(    )

Y a medida que coloca varias capas, el borde exterior de una parte impresa debería verse más así:

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donde el borde exterior de la curva sobresale ligeramente de las dimensiones planificadas de la pieza. La pregunta es cuánto"? Mi experiencia hasta ahora ha sido de 0,05 mm. Y recuerde, debe tener en cuenta eso tanto para la parte de la caja como para la tapa. Además, al diseñar la tapa, debe tener en cuenta este espacio en ambos extremos de cada eje dimensional. Eso significa que una separación de tanto .2 mm podría ser un ajuste agradable y cómodo.

Para el segundo escenario, supongamos que tiene un par de impresiones que encajarán. La impresión base incluye una varilla o cilindro que apunta hacia arriba, como una pieza de Lego, que se encajará en una abertura emparejada.

Ahora necesita crear la abertura correspondiente del cilindro en la parte superior, y necesita saber qué tan grande. La preocupación es la parte superior de la abertura, que no tiene nada más que aire debajo para sostener el filamento. Para brechas pequeñas, puede cerrar la distancia. Para espacios más grandes, puede usar material de soporte o parte superior del hemisferio.

Supongamos que encuentra esas opciones difíciles para este escenario, o quizás otros factores le impiden imprimir esta parte de lado. así que en lugar de una abertura para un cilindro que se sienta como una lata de sopa, imprime la parte tal como estaba el cilindro acostado de lado.

Ahora podemos considerar la geometría de cómo se coloca el filamento. Con mi boquilla de ejemplo y las dimensiones de la capa, nos damos cuenta de que su apertura no es el círculo preciso indicado por el modelo . En cambio, tiene un patrón de cuadrícula, como el antiguo arte de computadora de 8 bits. Peor aún, el ancho de cada "píxel" es hasta 4 veces mayor que la altura.

Con eso en mente, el espacio adicional mínimo que necesitará será la mitad de esa altura de .1 mm, y la situación incorrecta podría extender esto hasta la mitad del ancho del filamento de .4 mm. Y dado que esto va alrededor de la parte (en ambos lados), necesita estas distancias dos veces. Esto se suma al efecto de cresta discutido anteriormente para el cuadro. El resultado significa que su parte redondeada debe buscar entre un espacio entre .3 mm y .5 mm, con espacio de espacio adicional si está diseñando una parte que desee escalar en algún momento. Sin embargo, recuerde que el plástico es flexible y si el empuje llega al empuje (literal), se puede lijar. En la práctica, me ha ido bien cerca del extremo inferior de ese rango.