如何优化工程配合的 3D 打印公差

公差和配合是任何工程设计机械组件的重要概念。

最终核算公差可优化原型制造和生产过程、降低迭代材料成本、减少后处理时间以及降低部件意外破碎的风险。

传统加工中，更严格的公差与增加的成本呈指数关系。相对于较宽松的公差，更严格的公差需要额外且费时的加工步骤，所以对于给定应用，加工部件可以设计有最为宽松的公差。

与加工不同，增材制造和 3D 打印均有单个自动化生产阶段。更严格的 3D 打印公差可能需要在设计过程付出更多努力。但能极大地节省原型制造和生产的时间与成本。

在本文中，我们将确定公差在何时对 3D 打印最具价值。然后，我们将介绍不同的工程配合，以描述间隙配合、过渡配合和过盈配合的基本知识，以及为组件设计选择每种配合的意义。

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公差是在制造时对部件可能尺寸的预测范围。

3D 打印大型组件和小规模制造的公差

对于原型制造和小规模制造，3D 打印的静态部件成本使其成为一种具有成本效益的方法，特别是对于定制零件，否则需要对模具进行大量投资。

3D 打印部件组件的后处理步骤包括清洁、打磨支撑以及润滑。如果为一次性部件，因为在设计阶段需要较少的公差工作，可合理打磨活动表面以实现正确配合。在较大的组件或成倍制造某物时，适当尺寸公差的价值很快就会体现出来。

选择最佳工程配合类型

为了理解并设计最理想的 3D 打印公差，确定最适合组件的配合类型十分重要。

组件的功能性需求定义了部件的配合方式。

工程配合分为三种类型：间隙配合、过渡配合、过盈配合。每种配合类型都可以分为两个主要的子类型。

取决于 3D 打印工艺，不同制造方法的方差总会有一些变化，这意味着配合是一个连续体而非多个完全独立的阶段。例如，较大的间隙配合下，部件可以自由移动但是精确度较低。更严格的过渡配合使连接更牢固，但是连接处更易磨损。过盈配合需要更大的力进行连接，会使拆卸过程更具挑战性。

间隙配合

组件的自由移动需要两个活动表面之间存在间隙或空间。通过确保活动表面的公差带不重叠而得到间隙。

活动表面为模型区域，在此处两个表面相互接触或者相互移动，或存在静态配合。

子分类

• 滑动配合有一定程度的横向游隙，而流动配合几乎没有游隙。

• 流动配合有稍大摩擦，但运动更精确。

游隙是指在机械装置中非计划方向上的移动空间量。

过渡配合

如果部件之间不需要运动，过渡配合则便于组装与拆卸，其中公差带部分重叠。

子分类

• 通过键配合，组件准确插入或围绕于另一个部件，仅需较小的力便可安装或拆除。

• 推入配合需要更大的力连接和拆除部件，但可手动连接。

过盈配合

过盈配合提供精确且牢固的连接，但是需要更大力进行组装。过盈配合中的公差带完全相交。

子分类

• 压入配合需要持续的力用以安装，可能需要额外的手动工具（如锤子），并形成永久连接。

• 压配合需要更大的力用以安装，可使用手扳压床或相似工具进行连接。

设计成功的 3D 打印组件

常见几何形状的配合范围可广泛应用于多种设计。在了解最佳配合后，您将需要为您的应用选择材料并设计公差。我们的白皮书，“工程配合：优化功能性 3D 打印组件的设计”，有助于指导这些决定。

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