如何 3D 打印互锁部件和装配

互锁部件和装配随处可见，加之 3D 打印作为一种制造方法在越来越多的行业和应用中日益普遍，了解如何打印互锁接头至关重要。

互锁接头依靠两个部件之间的摩擦力组装而成，包括一个凸出部件和一个供该凸出部分适度插入的相应凹入空间。在此基础上，接头将依托这两个部件之间的摩擦力和形状保持稳固，既能防止沿特定方向松脱分离，又支持从其他方向施加力进行拆卸。互锁接头在使用木材等刚性材料的应用中非常常见，不过 3D 打印互锁接头也并不稀奇。

相比之下，卡扣接头的设计原理是：当一个部件插入另一个部件的悬垂结构时，其中一个部件会发生轻微变形，随后“咔嗒”一声弹回原位，从而有效地将配合部件锁定到位。由于塑料可以反复变形（优于木材等材料），3D 打印塑料卡扣接头是一种非常常见的装配制造方法。

互锁接头和装配的例子不胜枚举，从最古老的梁柱结构或木屋木构法，到金属环甲，再到各组件可相互旋转和移动的发动机组件。这些接头类型具有众多优势。制造互锁接头：

• 轻松组装和拆卸结构
• 制作比现有单个组件更大的系统
• 组合两种或两种以上的材料或颜色
• 简化设计或装配，减少通过螺钉、粘合剂等手工连接部件的需要，同时提高强度

3D 打印互锁接头可实现这些组件的原位打印，不同于传统的互锁部件创建方法，后者需要分别制作组件，然后再连接在一起。在木结构房屋等传统建筑中，通常会对两根大木头进行倒角处理（即在两个面之间以一定角度切割，形成过渡），使其表面紧密贴合，然后用木销或木楔进一步固定在一起。传统的木构法是通过所谓的“接口接头”（或者更具体地说，是下斜、外扩的接口接头）来创建这些互锁部件。 

在传统的金属环甲制作中，每个开放的链环会被固定在序列中的前一个环上，然后经过精心焊接封合。尽管在当今时代，传统盔甲已无太大用武之地，但利用 3D 打印技术制作链节和较大的环甲部件，用于原型制造或时尚设计，会更加简便高效。 

3D 打印互锁接头为设计大型产品或复杂装配提供了许多优势。其中之一就是，有些互锁部件的特征无法用其他方式制造。例如，在某些互锁部件设计中，供突出、插片或翅片插入的凹槽无法通过加工或成型制成。在以下示例中，互锁部件仅可通过 3D 打印制作。 

只需了解一些基本的设计规格，并明确如何为特定项目挑选适用的 3D 打印机和树脂材料，即可轻松打印出具有互锁接头的部件。

熔融沉积成型 (FDM) 、立体光固化 (SLA) 和选择性激光烧结 (SLS) 3D 打印机均可用于制造互锁部件，不过其中一种比选择其他打印技术更有优势。

3D 打印互锁部件的一个关键要素就是公差，即特定尺寸允许的偏差范围。对于注射成型的互锁部件，公差一般为 0.1mm。然而，在 3D 打印中，还有更多因素会产生影响。用于挤压、固化或烧结塑料的热量可能会导致互锁接头收缩、粘合剂可能会增加体积，从而导致尺寸大于预期。不过，由于一些 3D 打印机支持原位打印，与先分别注射成型两个部件再通过互锁特征将其连接在一起相比，它们仍具有显著优势。

正如示例所示，针对 3D 打印设计简单的互锁特征非常容易。在为 3D 打印设计互锁接头时，需要牢记的是，必须考虑到 3D 打印技术和材料的公差，并根据所打印部件的类型进行调整－无论是体积庞大且厚实的部件，还是较小且较薄的部件。尽管 Formlabs SLA 和 SLS 都具有严格的公差和高重复精度，以上考虑因素还是会影响公差，您可以据此调整设计。

对于更小、更薄的部件，在设计带有互锁部件的多件装配时，可以使用 0.2mm 的公差间隙。对于更大、更厚的装配，最好提高公差，最大可达 0.4mm。 
Formlabs 的 SLS 打印机 Fuse 1+ 30W 非常适合打印互锁部件，如第二个例子中的链条沙包袋部件。可以在没有支撑的情况下使用材料打印出互锁环，并能在 Fuse Blast 中轻松进行后处理，无需手动清除各个环间未烧结的粉末。

Formlabs SLA 打印机（如 Form 4 和 Form 4L）非常适合打印边缘极其锋利、表面极其光滑的部件，这对于需要以最小摩擦力滑动组装的部件来说非常方便。

如需了解有关 Formlabs SLA 和 SLS 3D 打印机的更多信息，请访问我们的网站。您可以通过我们的网站申请样品部件，免费获得具有互锁特征的 3D 打印 SLA 或 SLS 样品部件。