3D打印孔：5個(gè)簡(jiǎn)單技巧

魔猴君  知識(shí)堂   364天前

3D打印孔幾乎無處不在。銷釘、螺栓、軸承、線性桿和許多其他機(jī)械部件都需要它們。如果沒有它們，組裝某些3D打印件將會(huì)是一場(chǎng)由混亂的膠水和膠帶卷組成的噩夢(mèng)。

雖然在CAD軟件中設(shè)計(jì)一個(gè)孔只需點(diǎn)擊幾下，但掌握3D打印孔的設(shè)計(jì)卻需要一些經(jīng)驗(yàn)。例如，垂直孔（垂直于打印床）與水平孔（平行于打印床）的設(shè)計(jì)應(yīng)該如何不同？如果孔需要攻絲怎么辦？

從方向到材料收縮，3D打印的孔設(shè)計(jì)涉及許多復(fù)雜的因素，從而導(dǎo)致最終打印件的配合效果明顯不同。

在本指南中，魔猴網(wǎng)將和大家一起學(xué)習(xí)有關(guān)3D打印孔的頂級(jí)技巧。最后，您將掌握一系列工具，用于制作不同用途的孔。讓我們開始吧！

掌握基礎(chǔ)知識(shí)：正確校準(zhǔn)

顯示大象腳的3D打印（來源：MatterHackers） 

精確打孔的首要關(guān)鍵是正確校準(zhǔn)3D打印機(jī)。校準(zhǔn)有多種方式，以下是您應(yīng)該特別注意的四種方式：

每毫米步數(shù)：每毫米步數(shù)設(shè)置告訴3D打印機(jī)每移動(dòng)一毫米，每個(gè)電機(jī)要轉(zhuǎn)動(dòng)多少。如果這些設(shè)置不正確，您的打印機(jī)生成的孔就會(huì)一直過大或過小。幸運(yùn)的是，我們有專門的校準(zhǔn)指南來幫助您找到適合您機(jī)器的每毫米步數(shù)設(shè)置。

軸對(duì)正：軸正交性是指打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)軸相對(duì)于其他運(yùn)動(dòng)軸的方正程度。如果它們不完全垂直，打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)偏差，打出的孔就會(huì)略帶橢圓形。要測(cè)試正交性，請(qǐng)使用我們推薦的帶有螺柱的校準(zhǔn)立方體。在此基礎(chǔ)上，對(duì)打印機(jī)的軸進(jìn)行物理調(diào)整，直到它們完全垂直為止。

第一層校準(zhǔn)：正如您可能已經(jīng)經(jīng)歷過的，三維打印的第一層對(duì)成功結(jié)果至關(guān)重要。特別是對(duì)于孔來說，釘好第一層對(duì)于避免"大象腳"至關(guān)重要，"大象腳"是指打印開始時(shí)離床面太近。這會(huì)影響孔洞開口的大小，導(dǎo)致后期的裝配效果不佳。

適當(dāng)?shù)拈g隙：每臺(tái)機(jī)器的精度都略有不同，因此不能指望部件總是完美地安裝在一起。這就是間隙發(fā)揮作用的地方；這些間隙是設(shè)計(jì)中的微小間隙，可確保有足夠的余地進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浜稀?/span>

完成這四個(gè)步驟后，您就可以開始設(shè)計(jì)了！以下是幫助您成功制作3D打印孔的五個(gè)技巧。

1、不要從半空中開始

一系列短的和長(zhǎng)的3D打印橋（來源：UltiMaker）

在適當(dāng)?shù)那闆r下，3D打印機(jī)可以打印橋。橋（如上圖所示）可以將塑料從縫隙的一端拉伸到另一端，從而減少材料在中間懸浮的機(jī)會(huì)。但是，如果在橋上打孔，就會(huì)破壞這種微妙的平衡，使塑料無法直線穿過縫隙；孔的周邊--圓形--必須被擠出到空氣中，沒有任何東西可以粘住。這可能會(huì)造成無支撐打印路徑的災(zāi)難性混亂，要么毀掉你的打印，要么導(dǎo)致完全失敗。

一個(gè)經(jīng)過修改的空中洞（左）和一個(gè)失敗的、未經(jīng)修改的洞（右）（來源：Shop3D.ca）

解決這一問題的方法通常有兩種。

首先，一些用戶喜歡將中空的孔打散，使其位于一系列直線橋上。如上圖所示，孔的周邊可以靠在周圍的一系列層上，防止出現(xiàn)上述的打印在薄空氣中的現(xiàn)象。其結(jié)果是，產(chǎn)品更加整潔、無支撐物。

另外，有些用戶喜歡用一到兩層塑料"填充"孔洞，基本上是將孔洞底部封閉起來，形成一個(gè)平橋。只需添加這層薄薄的塑料，孔洞就會(huì)從下面得到很好的支撐，以后可以用X-acto刀將其切掉。從設(shè)計(jì)的角度來看，這也比前一種方案更容易實(shí)現(xiàn)。

2、謹(jǐn)防收縮

擠壓層的可視化壓縮，導(dǎo)致孔尺寸過小（來源：Hubs）

收縮是3D打印孔的另一個(gè)重要考慮因素。盡管收縮會(huì)以多種方式發(fā)生，但結(jié)果總是一樣的：孔洞會(huì)比你預(yù)想的小那么一點(diǎn)點(diǎn)。雖然這種變化是微妙的，但足以將配合過緊的螺栓和直接滑過的螺栓區(qū)分開來。

收縮有三個(gè)主要原因：

材料收縮：材料冷卻后會(huì)收縮。這是許多臭名昭著的打印失敗背后的罪魁禍?zhǔn)?，包括翹曲和層分層。對(duì)于孔來說，這種收縮會(huì)導(dǎo)致零件尺寸略小，無法正常拼合。

層壓縮：這種情況會(huì)導(dǎo)致孔收縮，但實(shí)際上是由于層過大造成的。當(dāng)打印機(jī)鋪設(shè)新層時(shí)，會(huì)施加一個(gè)壓縮力（如上圖所示）。雖然這能提高部件的強(qiáng)度，但也會(huì)導(dǎo)致下層略微擠壓，超出了它們?cè)镜倪吔?。結(jié)果就是打印出來的零件在各個(gè)方向上都過于"膨大"，包括孔內(nèi)。

網(wǎng)格分辨率：雖然從技術(shù)上講這不是一種"收縮"，但網(wǎng)格分辨率確實(shí)會(huì)導(dǎo)致打印出來的孔比原來設(shè)計(jì)的要小。這里的關(guān)鍵在于，對(duì)于大多數(shù)3D打印文件來說，"孔"實(shí)際上并不是完美的圓形，而是由多邊形組成的近似值。其結(jié)果就是會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)切角，導(dǎo)致打印出來的孔比最初設(shè)計(jì)的要小。

制造商采取各種技巧來解決收縮問題（來源：hartk1213 via Reddit）

要解決這些問題，可以先將孔設(shè)計(jì)得稍大一些，以防止收縮。打印后，孔會(huì)變小，更接近理想尺寸?？赡苄枰磸?fù)試驗(yàn)才能找到最佳位置，但你很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些誤差，從而達(dá)到理想的貼合效果。

另外，你也可以嘗試切片機(jī)中的材料收縮設(shè)置。雖然不同的工具會(huì)有不同的名稱，但通常都有指定長(zhǎng)絲收縮率的選項(xiàng)。類似的設(shè)置還有"水平膨脹"，它同樣可以在打印前通過自動(dòng)膨脹或收縮模型來避免收縮。

最后，你總是可以選擇讓孔保持原樣（甚至略微小于原尺寸）。如果您打算敲打螺紋，這將給您提供一些螺釘咬合的空間；否則，您只需按照您要求的精確尺寸鉆孔即可。

3、避免懸垂

淚滴形狀允許水平孔的無下垂打?。▉碓矗?/span>flowalistik via Wikifactory）

到目前為止，我們所討論的大部分內(nèi)容都適用于垂直孔。如果你遇到的是水平洞呢？在這種情況下，你最大的挑戰(zhàn)可能就是懸挑物。

如上圖所示，水平孔形成的懸邊會(huì)隨著孔的閉合而變得越來越陡。在打印時(shí)，這意味著孔的頂部很容易下垂，從而導(dǎo)致開口略微"壓扁"。如果您想把螺栓裝進(jìn)去，這就足以堵塞開口。

幸運(yùn)的是，這個(gè)問題很容易解決，只要使用水滴形的孔而不是完全圓形的孔（如上圖所示）。這種設(shè)計(jì)避免了孔的懸垂，使版畫能夠保持您想要的弧度。雖然這種技術(shù)可能會(huì)略微增加三維設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，但為了獲得精確的最終產(chǎn)品，這只是一個(gè)很小的代價(jià)。

4、添加緊固/合規(guī)機(jī)制

將線性桿插入槽孔，擰緊以確保牢固配合（來源：Maker's Muse via YouTube）

在某些情況下，您可能需要一個(gè)緊緊包住物體的孔。在將軸承或桿安裝到3D打印部件中時(shí)，通常就會(huì)出現(xiàn)這種情況。如何在組裝簡(jiǎn)便和安裝牢固之間取得平衡？

在這種情況下，您的最佳選擇可能是設(shè)計(jì)出有一點(diǎn)余量的孔。這樣既能方便插入部件，又不會(huì)犧牲太多的"抓地力"和穩(wěn)定性。這種設(shè)計(jì)通常有兩種：

緊固裝置：這些裝置可使原孔足夠大，以便在日后收緊時(shí)佩戴舒適。一種常見的設(shè)計(jì)方法是沿每個(gè)孔的長(zhǎng)度方向增加一個(gè)槽，如上圖所示。在此基礎(chǔ)上，可以使用螺栓封閉縫隙，夾緊物體。

借助柔性孔機(jī)構(gòu)插入的軸承（來源：Maker's Muse via YouTube）

順從式機(jī)構(gòu)：如果對(duì)準(zhǔn)是一個(gè)問題（如直線軸承），順從機(jī)構(gòu)可能更適合您的應(yīng)用。這些機(jī)構(gòu)依靠塑料的天然彈性，在孔的尺寸上提供一些間隙，從而實(shí)現(xiàn)緊密的摩擦配合。您可以從上面的操作中看到這一點(diǎn)；塑料的彈性為軸承提供了足夠的空間。

5、借助工具調(diào)整

使用推拉工具改進(jìn)螺紋孔的配合（來源：Hironori Kondo via All3DP）

到目前為止，我們主要關(guān)注的是裸露、干凈的孔，但這并不能涵蓋一切。有時(shí)，您可能需要螺紋孔。這些孔可以直接擰上螺栓，而不需要單獨(dú)攻絲或螺母。雖然這樣做很方便，但也會(huì)使前面的很多提示失去作用。例如，很難防止收縮，因?yàn)槁菟菁y有標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

為了解決這個(gè)問題，我們需要?jiǎng)?chuàng)造性地調(diào)整孔的設(shè)計(jì)。一個(gè)很好的方法是使用推/拉工具來擴(kuò)大螺栓和螺紋孔之間的間隙，從而有效地增加間隙。您可以將其與上述收縮設(shè)置結(jié)合使用，以調(diào)整配合。

在設(shè)計(jì)時(shí)要注意，較大的螺紋出來會(huì)更整齊，尤其是在FDM 3D打印機(jī)上。我們建議使用較低的層高進(jìn)行打印，以創(chuàng)建更精確的螺紋。

編譯整理：ALL3DP