Tolerancje i pasowania w druku 3D — praktyczny przewodnik

Dwie części, które idealnie stykają się w modelu CAD, po wydruku zwykle nie będą swobodnie się poruszać. Rzeczywisty wymiar zależy od procesu, materiału, orientacji, skurczu i kalibracji. Dlatego projekt potrzebuje tolerancji oraz świadomie zaplanowanego luzu.

Wymiar nominalny, tolerancja i luz to trzy różne rzeczy

• Wymiar nominalny to wartość zapisana w projekcie, na przykład średnica otworu.
• Tolerancja określa dopuszczalne odchylenie gotowego elementu od tej wartości.
• Luz to celowa różnica pomiędzy współpracującymi częściami.

Jeśli wałek i otwór mają dokładnie ten sam wymiar nominalny, model cyfrowy może wyglądać poprawnie, lecz rzeczywiste elementy najpewniej się zakleszczą. Trzeba najpierw odpowiedzieć, czy połączenie ma być luźne, przesuwne, wciskane czy stałe.

Najpierw określ rodzaj połączenia

Pasowanie luźne

Części mają łatwo się składać i rozkładać. Stosuje się je w pokrywach, prowadnicach bez dużej precyzji, pojemnikach i elementach montowanych ręcznie.

Pasowanie przesuwne lub obrotowe

Element ma poruszać się bez wyraźnego zacinania. Liczy się nie tylko luz, ale także chropowatość powierzchni, długość współpracy i kierunek warstw. Długa tuleja wymaga więcej uwagi niż krótki otwór.

Pasowanie wciskane

Części łączą się dzięki kontrolowanemu naciskowi. W druku 3D jest wrażliwe na zmienność procesu. Warto zastosować fazę wejściową, krótszą strefę zacisku i próbkę testową.

Zatrzask

Zatrzask musi odkształcić się podczas montażu i wrócić do pozycji roboczej. Promień u nasady, kierunek warstw, materiał i liczba cykli są ważniejsze niż sam nominalny wymiar zaczepu.

Dlaczego otwory bywają mniejsze

Ścieżka materiału ma skończoną szerokość, a jej krawędź nie jest matematycznie idealna. W małych otworach względny wpływ tej niedokładności jest większy. Dodatkowo poziomy otwór może mieć nierówną górną część, jeśli tworzywo musi być układane nad pustą przestrzenią.

Praktyczne strategie:

1. zaznacz średnicę jako wymiar krytyczny,
2. zaprojektuj fazę ułatwiającą montaż,
3. ustaw otwór w korzystnym kierunku, jeśli pozwala na to geometria,
4. przewidź rozwiercenie lub gwintowanie, gdy potrzebna jest większa precyzja,
5. wydrukuj mały próbnik zamiast całej części.

Pomiary zaczynają się od wspólnej definicji

„Otwór 10 mm” może oznaczać średnicę mierzoną w dwóch kierunkach, średnicę sprawdzaną trzpieniem albo wymiar po rozwierceniu. W opisie projektu podaj:

• które wymiary są krytyczne,
• jak część współpracuje z innym elementem,
• czy dopuszczalna jest obróbka po wydruku,
• czy ważniejszy jest łatwy montaż, brak luzu czy płynny ruch,
• ile cykli montażu lub ruchu przewidujesz.

Najbezpieczniejsza metoda: kupon testowy

Kupon testowy to niewielki model zawierający kilka wariantów otworów, szczelin lub zaczepów. Drukuje się go w tym samym materiale, orientacji i na podobnych ustawieniach jak część docelową.

To szczególnie wartościowe, gdy:

• cała część jest duża lub kosztowna,
• potrzebne jest połączenie wciskane,
• kilka elementów ma tworzyć mechanizm,
• projekt będzie później powtarzany w serii,
• tolerancja wpływa na bezpieczeństwo lub działanie produktu.

Po teście wybrany wariant można przenieść do projektu. To szybsze niż wielokrotne drukowanie pełnego elementu.

Gwinty, śruby i wkładki

Duże, rzadko używane gwinty można drukować bezpośrednio, ale drobne gwinty wymagają dobrego odwzorowania i odpowiedniej orientacji. Dla połączeń wielokrotnego montażu często lepsze są wkładki gwintowane, nakrętki osadzane w kieszeniach lub otwór przygotowany do gwintowania.

Wokół połączenia śrubowego trzeba zapewnić wystarczającą ilość materiału. Samo zwiększenie wypełnienia nie zastąpi dobrze zaprojektowanej tulei, obrysów ściany i promieni rozkładających naprężenia.

Checklista przed wysłaniem modelu

• Czy części mają być nieruchome, przesuwne, obrotowe czy wciskane?
• Czy zaznaczono powierzchnie i wymiary krytyczne?
• Czy montaż ma być jednorazowy, czy powtarzany?
• Czy można rozwiercić otwór, osadzić wkładkę albo wykonać gwint?
• Czy warto najpierw wykonać kupon lub fragment testowy?
• Czy orientacja druku nie osłabia zatrzasku albo tulei?

Tolerancja nie jest poprawką dodawaną po produkcji. Jest częścią projektu. Im wcześniej opiszesz oczekiwane pasowanie, tym łatwiej dobrać technologię i uniknąć kosztownej iteracji.