Quels types d'espaces / tolérances dois-je utiliser lors de la conception de pièces qui s'emboîtent?

Disons que je modélise une simple boîte avec un couvercle. À titre d'exemple, nous dirons que le bord extérieur le long du haut de la boîte est de 50 mm x 50 mm. Avec le logiciel de modélisation 3D, il est facile de construire un couvercle pour que cette boîte entoure le dessus avec une taille de bord intérieur également exactement de 50 mm x 50 mm ... mais cela semble être une mauvaise idée. Je veux sûrement une sorte d'écart, pour assurer un démarrage / arrêt facile. Un ajustement exact semble demander des problèmes.

• Quelle marge laissons-nous à ce genre de choses?
• Est-ce lié à la taille de la buse?
• Je suppose que cela dépend également de la façon dont vous souhaitez ajuster, bien que je m'attende à ce que dans les cas où une adaptation serrée est importante, une sorte de bouton-pression ou d'agrafe serait utilisée.
• Les brouillons avec des couches plus grandes sont-ils utiles pour comprendre cela, ou les couches brutes rendent-elles les choses plus serrées qu'elles ne le seront dans une impression finale?

Version courte: fondamentalement, cela dépend de votre imprimante, marque, modèle, type, état de maintenance, extrudeuse, réglages de trancheuse, tension de la courroie, jeu, friction, etc.

Version longue: Fondamentalement, votre imprimante détermine la précision de son impression; vous pouvez influer un peu sur la précision en calibrant et en réglant précisément l'imprimante. Ce qui est fait régulièrement, c'est d'imprimer des cubes d'étalonnage de taille fixe. Avant de faire cela, vous devez lire " Comment puis-je calibrer l'extrudeuse de mon imprimante?"; cela explique comment calibrer l'extrudeuse. Avec une extrudeuse à réglage fin, vous pouvez imprimer ces cubes d'étalonnage XYZ ou, dans votre cas, créer une boîte de 50 x 50 x 15 mm, par exemple. Lorsque vous mesurez la longueur et la largeur avec un pied à coulisse, vous saurez quelles sont les tolérances pour cette taille d'impression. Finalement, vous pouvez changer cela en réajustant les pas par mm dans le firmware de l'imprimante, mais ce n'est pas toujours une recommandation (car vos pas par mm doivent être liés à la disposition mécanique du mécanisme utilisé, par exemple la taille et le pas de la courroie en combinaison avec la poulie et la résolution pas à pas).

Veuillez également examiner la réponse " Comment empêcher les pièces mobiles de se coller? "; cette réponse indique l'impression d'un modèle d'étalonnage de tolérance qui utilise des formes diaboliques séparées de l'objet extérieur par plusieurs valeurs pour le décalage entre les pièces. Lorsque vous imprimez ceci, vous pouvez découvrir quel type de tolérance fonctionne pour vous. Veuillez noter que les tolérances sur les petites pièces peuvent être différentes de celles sur les grandes pièces.

La réponse à votre question dépend donc de votre machine d'impression 3D, mais généralement les valeurs de tolérance varient en quelques dixièmes de millimètres. Pour activer un couvercle sur une boîte comme dans votre exemple, vous devez garder la tolérance à l'esprit lors de la conception du couvercle. Habituellement, quelques dixièmes de millimètres supplémentaires feront l'affaire, mais si vous effectuez d'abord des tests d'impression, vous saurez exactement.

Pour répondre à la question de savoir quelle est l'influence de la hauteur de couche sur la tolérance, je cite :

Chargez un cube de 25 mm dans votre trancheuse et définissez le remplissage à 0%, les périmètres à 1 et les couches solides supérieures à 0. Vous voudrez également l'imprimer à une résolution fine - j'ai choisi 0,15 mm et il a effectivement fait une petite différence (0,02 mm) d'épaisseur de paroi par rapport à 0,3 mm.

Alors oui, la hauteur de la couche a un effet, elle est très petite cependant.

Une lecture intéressante est « Un guide pour comprendre les tolérances de votre imprimante 3D » de « matterhackers ».

J'utilise mes valeurs de dégagement selon ma règle de base: 0,1 mm - pour s'adapter avec une certaine force, 0,2 mm - ajustez juste bord à bord sans force.

Exemples:

1) Le cylindre métallique de 3 mm à presser dans la pièce en plastique nécessite un trou imprimé de 3 mm + 0,1 mm * 2 = 3,2 mm de diamètre (dégagement des deux côtés)

2) La vis de 3 mm à insérer dans la pièce en plastique a besoin d'un trou plus grand que 3 mm + 0,2 mm * 2 = 3,4 mm qui est 3,5 mm sera déjà bon.

Ceci est entièrement expérimental mais a toujours fonctionné pour moi sur trois imprimantes différentes et sur PLA et ABS.

Oui, un certain dégagement est nécessaire. Même si vous usiniez des pièces métalliques parfaites, vous voudriez un espace de jeu (et comptez également les désalignements le long de l'axe Z, les joints longs peuvent se lier assez facilement).

En plus de cela, vous devez faire une petite tolérance pour les murs légèrement bombés sous la pression d'extrusion (la hauteur de la couche étant inférieure au diamètre de la buse).

D'autres facteurs à prendre en compte sont le suintement de changement de couche (qui fait souvent apparaître une petite couture) et les effets d'ondulation résultant de l'accélération. Cela signifie que même une fois que vous avez testé l'écart qu'un modèle spécifique requiert sur votre imprimante, vous ne pouvez pas compter sur le même espace qui fonctionne parfaitement lorsque vous concevez un autre modèle. Si vous avez besoin d'une symétrie de rotation dans votre ajustement, il sera plus difficile d'obtenir un bon joint étanche pour être fiable.

Parfois, une conception d'impression sur place peut vous donner un effet similaire à une conception d'agrafage, mais permettant une rétention plus positive

Avant de passer aux tailles de buses et aux ajustements instantanés, commençons par une vue d'ensemble. Nous devons utiliser un langage commun pour définir les pièces.

• La tolérance est une différence planifiée entre une valeur nominale ou de référence et une valeur exacte.
  • Le dégagement est une allocation définissant l'espace intentionnel entre deux parties.
  • L'interférence est une allocation définissant le chevauchement intentionnel entre deux parties.
• La tolérance est la quantité d'écart ou de variation aléatoire autorisée pour une dimension donnée. Combien d'erreurs la pièce peut-elle tolérer et continuer à fonctionner?

Prenons un exemple. Nous voulons qu'une broche de 5 mm entre dans un trou de 5 mm, et nous voulons un ajustement libre entre eux.

Nous avons dit 5 mm, mais quel 5 mm est le plus important - le trou de 5 mm ou la broche de 5 mm? Disons que d'autres personnes ont des broches de 5 mm à utiliser avec notre trou. Dans ce cas, la dimension de la broche est hors de notre contrôle et est donc plus importante pour l'interopérabilité.

La coupe ample demande un dégagement. Précisons 0,2 mm pour qu'ils soient libres de tourner. Nous pourrions ajouter la tolérance de 0,2 mm au trou, ce qui donne un trou de 5,2 mm avec une broche de 5,0 mm; nous pourrions soustraire la tolérance de 0,2 mm de la broche, ce qui donne un trou de 5,0 mm avec une broche de 4,8 mm; ou divisez la différence comme vous le souhaitez, comme un trou de 5,1 mm et une broche de 4,9 mm. Parce que nous avons spécifié que la broche est plus importante, nous allons ajouter la tolérance au trou.

Maintenant que nous avons défini notre partie, définissons d'autres termes importants pour nous aider à comprendre le processus de fabrication:

• La précision est la variation dimensionnelle maximale entre les pièces. (Un autre mot pourrait être la répétabilité.) Notez qu'une machine ne peut pas produire des pièces avec une tolérance plus stricte que sa précision.
• La précision est la taille des étapes dont une machine est capable. La précision est souvent confondue avec la précision, mais ce n'est pas la même chose.

Nous devons maintenant comprendre la précision de notre machine. L'imprimante peut imprimer la broche de plus de 5 mm ou de moins de 5 mm. Ou il pourrait imprimer le trou plus grand que 5 mm ou plus petit que 5 mm. Pour déterminer la précision de l'imprimante, nous devrons imprimer des broches de 5 mm et des trous de 5 mm et mesurer les différences entre ce que nous avons défini et ce que nous avons imprimé. La différence entre les mesures les plus grandes et les plus petites est la précision de notre machine. Assurez-vous de mesurer la précision dans les dimensions X, Y et Z; une imprimante peut avoir une différence entre les axes X et Y qui affecterait l'arrondi des pièces. (Si elle est désactivée, cela peut généralement être ajusté dans le micrologiciel de la machine via un processus d'étalonnage.) En outre, nous devons tester les pièces rondes, les trous ronds, les pièces carrées et les trous carrés,

Disons que la précision mesurée de l'imprimante pour les trous ronds et les broches rondes est de +/- 0,2 mm.

Ensuite, nous passons au dédouanement. Quel est l'écart minimum entre les pièces et encore faire le travail, et quel est l'écart maximum acceptable? En tant que designer, c'est à vous de décider. Dans cet exemple, nous avons dit que nous voulions un ajustement lâche, définissons donc un jeu d'au moins 0,2 mm entre la broche et le trou; mais pas plus de 1,0 mm ou les pièces tomberont.

Étant donné que la précision de la machine est de +/- 0,2 mm, la broche se situera entre 5,2 mm et 4,8 mm. Le trou doit donc être de 5,2 mm plus le jeu plus la précision du trou. Cela donne la dimension du trou à 5,6 mm +/- 0,2 mm. La condition de tolérance minimale serait un trou de taille minimale (5,4 mm) et une broche de taille maximale (5,2 mm), donnant un jeu de 0,2 mm; la tolérance maximale serait un trou de taille maximale (5,8 mm) et une goupille de taille minimale (4,8 mm) donnant un jeu de 1,0 mm.

Notez qu'un jeu de 1,0 mm est vraiment bâclé. Cela peut sembler trop lâche pour notre application. On pourrait penser à resserrer les tolérances à 0,05 mm afin de réduire le jeu. Mais nous avons remarqué qu'une machine ne peut pas produire une tolérance plus serrée que sa précision. Si l'imprimante ne peut pas produire une pièce conforme à nos tolérances spécifiées, nous devons trouver une autre manière de fabriquer ou de finir les pièces.

Dans le monde de la métallurgie, une façon courante de le faire est de spécifier les pièces à fabriquer initialement avec un matériau intentionnellement maximal. Cela nous permet de commencer par un trou plus petit et d'utiliser un alésage ou un foret pour l'ouvrir à un trou plus précis et rond. Nous pouvons faire la même chose avec une épingle, en commençant par une tige plus épaisse et en la tournant ou en la broyant pour la rendre plus lisse et plus ronde.

Dans le monde de l'impression 3D FDM, nous pouvons faire le même genre de choses sur l'établi. Tout d'abord, imprimez les pièces avec une couche de paroi supplémentaire (ou deux). L'épaisseur supplémentaire donne plus de matière à retirer lors du perçage ou du meulage, sans trop affaiblir la pièce. Après l'impression, passez un foret dans le trou pour le nettoyer. Ou faites tourner la goupille dans le mandrin d'un moteur de forage et broyez-la avec une boucle de papier de verre.

Bien sûr, chaque fois que vous ajoutez une opération de finition, elle est plus laborieuse et donc plus coûteuse. Ce n'est donc pas quelque chose que nous voulons faire de chaque côté, mais nous pouvons y réfléchir.

Notez que lorsque vous définissez des pièces de cette manière, vous ne commencez pas par le diamètre de buse ou la hauteur de couche. Au lieu de cela, vous autorisez le diamètre de la buse, la hauteur de couche et la somme de toutes les causes des variations à apparaître dans la précision mesurée de la machine. Des buses plus petites, des couches plus minces, des lits chauffants ou des ventilateurs de refroidissement peuvent chacun contribuer à une précision améliorée, mais il est préférable de prendre en compte l'impact cumulatif de toutes les options de la machine.

Depuis que vous avez dit buse, je pense que vous voulez dire l'impression 3D FDM. En règle générale, vous utiliseriez un (1) contour d'écart entre les pièces. Un contour est généralement égal à la taille de la buse. Les coins d'un objet carré imprimé en 3D sont arrondis. Le rayon de cet arrondi serait la moitié du diamètre de votre buse (c'est-à-dire le rayon de la buse). De plus, s'il y avait une extrusion excessive sur le contour, les deux parties ne s'emboîtaient pas. Cela suppose bien sûr qu'ils sont conçus pour se séparer facilement. Sinon, vous pouvez les adapter parfaitement si vous avez l'intention de les assembler par friction.

J'imprime généralement un cube de test avec différentes épaisseurs de paroi et calcule l'écart moyen. J'utilise cela comme tolérance. Cependant, je ne pense pas que de nombreuses imprimantes cartésiennes entraînées par courroie puissent fonctionner bien mieux que +/- 0,1 à 0,25 mm le long de l'axe XY. Par conséquent, je suggère d'utiliser quelque chose entre 0,1 et 0,25 mm. Si elle est supérieure à 0,5 mm, vous avez un problème avec la mécanique.

Après avoir imprimé 4 mois, j'ai appris une réponse pour au moins deux situations, basée sur la géométrie du filament et de la buse. Pour cette discussion, j'utilise des couches de 0,1 mm avec une buse de 0,4 mm.

Le premier est la boîte et le couvercle de base, de ma question. Il est important de se rappeler la forme de l'ouverture de la buse dans un cercle, et donc lors de l'extrusion à l'air libre, vous obtenez un cylindre. Mais nous n'extrudons pas à l'air libre. Nous pressons subtilement le filament extrudé dans la surface de construction ou la couche précédente. Dans ce cas, en utilisant mon meilleur art ascii, une section transversale d'une ligne de filament extrudée a des bords arrondis qui ne se rapprochent que de la taille de buse de 0,4 mm, comme ceci:

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Et lorsque vous déposez plusieurs couches, le bord extérieur d'une pièce imprimée devrait ressembler davantage à ceci:

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où le bord extérieur de la courbe dépasse légèrement des dimensions prévues de la pièce. La question est combien"? Jusqu'à présent, mon expérience a été de 0,05 mm. Et rappelez-vous, vous devez tenir compte de cela pour la partie boîte et la partie couvercle. De plus, lors de la conception du couvercle, vous devez tenir compte de cet écart aux deux extrémités de chaque axe dimensionnel. Cela signifie qu'un écart de 0,2 mm pourrait tout de même être bien ajusté.

Pour le deuxième scénario, disons que vous disposez d'une paire d'impressions qui s'emboîtent. L'impression de base comprend une tige ou un cylindre pointant vers le haut, comme une pièce Lego, qui s'insérera dans une ouverture appariée.

Maintenant, vous devez créer l'ouverture du cylindre correspondant dans la partie supérieure et vous devez savoir quelle taille. Le souci est le haut de l'ouverture, qui n'a que de l'air en dessous pour retenir le filament. Pour les petits espaces, vous pourriez réduire la distance. Pour les plus grands espaces, vous pouvez utiliser un matériau de support ou le dessus de l'hémisphère.

Supposons que vous trouviez ces options difficiles pour ce scénario, ou peut-être que d'autres facteurs vous obligent à imprimer cette pièce sur le côté. donc au lieu d'une ouverture pour un cylindre assis comme une boîte de soupe, vous imprimez la pièce telle que le cylindre était posé sur le côté.

Maintenant, nous pouvons considérer la géométrie de la façon dont le filament est déposé. Avec mon exemple de dimensions de buse et de couche, nous réalisons que votre ouverture n'est pas le cercle précis indiqué par le modèle . Au lieu de cela, vous avez un modèle de grille, comme l'ancien art informatique 8 bits. Pire encore, la largeur de chaque "pixel" est jusqu'à 4 fois supérieure à la hauteur.

Dans cet esprit, l'espace supplémentaire minimum dont vous avez besoin sera de 1/2 de cette hauteur de 0,1 mm, et une mauvaise situation pourrait l'étendre jusqu'à la moitié de la largeur du filament de 0,4 mm. Et comme cela fait le tour de la pièce (des deux côtés), vous avez besoin de ces distances deux fois. Cela s'ajoute à l'effet de crête discuté précédemment pour l'encadré. Le résultat signifie que votre pièce arrondie doit rechercher entre un espace compris entre 0,3 mm et 0,5 mm, avec un espace supplémentaire si vous concevez une pièce que vous voudrez peut-être mettre à l'échelle à un moment donné. Rappelez-vous, cependant, que le plastique est flexible et que si la poussée se fait sentir (littéralement), poncez. En pratique, j'ai bien réussi près de l'extrémité inférieure de cette plage.