印刷用の設計パート1：3D印刷された単体テストと公差

新しいブログシリーズ、Designing for 3D Printing（DF3DP）へようこそ。 DF3DPは、3Dプリンターを使用する際に従うべき、3D印刷のヒントとコツに焦点を当てたブログシリーズであり、コスト、印刷時間、および材料を削減すると同時に、パーツを最初に試したい方法で部品を入手する方法を示します。

私たちは皆そこにいました。あなたは何時間もかかる部分を印刷しましたが、それが完全ではないことを発見しただけです。 思い通りにフィットするため、貴重な印刷時間と材料を悪い部分に浪費します。 3D印刷は手作業による製造プロセスであるため、CADモデルをプリンターに送信すると、変更できることはほとんどありません。部品には数時間または数日かかる場合があり、期限が守られている場合、公差を修正して部品を完全に再印刷することは、時間または金銭の観点から、余裕のある贅沢ではない場合があります。 FFF（溶融フィラメント製造）印刷で作成された3D印刷部品は熱収縮により収縮するため、3Dプリンターは指示された寸法を正確に印刷しないことが多く、許容誤差を考慮する必要があります。この投稿では、3D印刷の許容誤差が前に正しいことを確認する方法について説明します。 パーツ全体を印刷して、間違っていることを確認するだけです。

ここで、3Dプリントパーツの単体テストを行います 重宝します。単体テストは、伝統的にソフトウェア用語であり、基本的に、コードの小さなスニペットが完全なスクリプトに組み込む前に独立して機能することをテストします。 3D印刷でも同じことを行います。後で大きなデザインに統合されるものの小さくて速いセグメントを印刷して、それらの機能を検証またはテストし、巨大な部分を印刷する前に適合させます。

たとえば、このプロトタイプの3D印刷されたantweight戦闘ロボットの上部は、アリ溝に触発された溝のセットを介してベース上にスライドを設計しています（1つは下に丸で囲まれています）。両方のパーツを組み合わせると、印刷に4日と7時間かかるため、すべてを印刷する前に、3D印刷された単体テストを行って、溝が正しいサイズであることを確認したいと思います。

3Dプリント用の優れた単体テストの設計

適切に設計された単体テストは、設計と印刷の両方を迅速かつ簡単に行う必要があります（私は通常、約30分から1時間の印刷ジョブを目指しています）。グルーブペアの単一のミニチュアバージョンをモデル化し、ダブテールのすべての面でオフセットなしから-0.2mmオフセットまでのさまざまな面オフセット距離でコピーを作成しました。これは、各オスの溝のプロファイルが最後のプロファイルよりも薄いことを意味します。

以下のCADスクリーンショットに示すように、どのオフセット距離がどれであるかを思い出せるように、番号も追加しました。

3Dプリントユニットテストのテスト

覚えておくべきことの1つは、テストを可能な限り正確にすることができるように、最終部分が印刷される方向で単体テストを印刷することです。印刷には1時間15分しかかかりませんでした。これは、ロボットシャーシ全体を印刷してから、スライド式の溝を見つけるよりもはるかに優れていました。

それをテストするために、最大の面オフセット（-0.2 mm）から始めて、0.0 mmオフセットまで、メスの溝プロファイルピースを各オスプロファイルにスライドさせます。

-0.2 mmのオフセットプロファイルは非常に緩いものでした。ロボットの上部をスライドさせたくないのですが、 -0.15mmと-0.1mmの男性のプロファイルはまともでしたが、私が望むほどぴったりではありませんでした。 -0.05 mmのオフセットは、最終的にはちょうどいいものになりました。簡単にノックできないほどぴったりで、少しの圧力でスライドさせることができました。最終的なプロファイルである0.0mmオフセットは、私の好みには少しきつすぎました。これで、最終的なデザインに-0.05のオフセット値を入力でき、希望どおりにスライドすることを確信しています。実際に上部を所定の位置に固定する機能は他にもいくつかありますが、2つの部品を接続する溝は、私が確信していなかった許容誤差でした。

ユニットテストのその他の使用法

単体テストは、特定の条件下でのプリンタの動作を正確に把握したい場合でも、あらゆる種類の許容誤差に対して非常に役立ちます。たとえば、特定の3Dプリンターの穴の許容誤差を把握するには、次のようなものを印刷する必要があります。

次に、穴のサイズを測定し、測定値をCADモデルで寸法が記入された値と比較できるため、3D印刷するパーツの各平面に残す必要のある穴の公差を正確に把握できます。その後、このテストを将来の設計作業の参照として使用でき、1つだけでなく、多くの3D印刷部品の設計にも役立ちます。

さらに、私たちのプリンターを使用すると、ユニットテストプロセスをさらに一歩進めることができます。たとえば、このロボットシャーシ全体を印刷する必要がありますが、カーボンファイバーを使用して強化する前に、すべてのコンポーネントが内部に収まっていることを確認する必要があります。フレーム。いわゆる3Dプリントフィットプロトタイプを作成して、ファイバーをプリントに導入する前に、すべてのコンポーネントが3Dプリントパーツ内に（またはその逆に）フィットすることをテストできます。これにより、材料の無駄が減り、コストが削減されるため、印刷を行う前に、繊維で満たされた部品の最終的な形状と形状をテストできます。

単体テストの真の価値：

つまり、このシャーシ全体とトップを印刷し、溝の許容誤差を台無しにしたとしましょう。次に、この全体を2回印刷する必要があります。そうしないと、かなり奇妙な小さな幾何学的な特徴をハッキングするのに数時間を費やす必要があり、誰もそれを望んでいません。 3D印刷されたパーツをファイリングまたはサンディングしてフィットさせると、特に小さなジオメトリが含まれる場合、傷が残り、表面仕上げが悪くなり、誤ってフィーチャーが破損したり、3Dプリントされたパーツの内部構造が露出したりする可能性があります。大きな部分を2回印刷することは、もう少し設計時間を費やしてから1つの小さな部分と1つの大きな部分を印刷することほど良くないことは明らかですが、3D印​​刷について確信が持てない場合に備えて、私のロボットの数値を以下に示します。ユニットテストはまだです：

ユニットテストは、最初の試行ですぐに出せるようにする場合、大きな3Dプリントパーツにとって重要です。後処理は、3D印刷の際に、表面の紙やすりで磨く、穴を開ける、寸法のずれた接合部を埋めるなど、ほとんどの人が対処することを期待しているプロセスです。 Mark Two複合3Dプリンターと同じくらい信頼性が高く正確なプリンターでは、後処理は必要な手順である必要はありません。単体テストを使用すると、パーツが希望どおりに出力されることを確認できます。に。

これらのテストを自分でチェックしたい場合は、ここからダウンロードできます。

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