연동 부품 및 어셈블리를 3D 프린팅하는 방법

3D 프린팅 부품은 기하학적 형상만으로 결합되며, 결합면 사이의 설계된 간격에 따라 성공 여부가 결정됩니다. 0.4mm 노즐과 0.2mm 레이어 높이를 사용할 경우, 스냅핏 래치 면의 간격은 0.10~0.20mm, 슬라이딩 레일은 측면당 0.20~0.30mm, 그리고 프린트 인플레이스 힌지는 0.30~0.40mm입니다. 이 가이드에서는 사용하는 재료, 방향, 그리고 장비에 따라 이러한 간격을 조정하는 방법을 설명합니다.

3D 프린팅으로 제작된 맞물림 부품이란 무엇인가요?

맞물림 부품은 패스너, 접착제 또는 열 접착이 아닌 형상 자체를 통해 연결되는 3D 프린팅 부품입니다. 이 범주에는 네 가지 고유한 메커니즘이 포함되며, 이들은 공통된 간극 값을 공유하지 않습니다.

• 스냅핏 — 유연한 캔틸레버 후크는 삽입 시 휘어지고 턱 뒤쪽으로 되돌아옵니다. 이음매는 틈이 아닌 탄성 예압에 의해 고정됩니다.
• 압착식 — 핀은 구멍보다 의도적으로 크게 만들어져 두 부분이 마찰력으로 고정됩니다. 이것은 간섭 끼워맞춤, 그리고 그 클리어런스 값은 음수입니다.
• 현장 인쇄 접합부 — 두 부품이 이미 조립된 상태로 출력되는데, 슬라이서가 연결하지 못하는 공극으로만 분리되어 있습니다. 관절이 움직이는 용, 고정식 경첩, 사슬 고리 등이 모두 여기에 해당됩니다.
• 생활 경첩 — 얇은 소재의 한 가닥이 회전하는 대신 휘어집니다. 리빙 힌지 틈새가 전혀 없으며, 벽 두께는 일반적으로 0.4~0.8mm입니다.

정리 두 접합면 사이의 의도적인 간격이며, 각 측면을 기준으로 측정됩니다. 간섭 수나사 부분이 암나사 부분보다 큰 경우를 음의 간극이라고 합니다. 기계 공학에서는 ISO 규격에 따라 모든 접합부를 간극, 전이 또는 간섭 끼워맞춤으로 분류합니다. 이는 표준 참조 문헌에 설명된 것과 동일한 3분법입니다. 엔지니어링 적합성. FDM 설계는 동일한 용어를 사용하지만 훨씬 더 대략적인 수치를 사용합니다. 왜냐하면 융합 필라멘트 프린터는 선반처럼 정밀한 공차를 유지할 수 없기 때문입니다.

실질적인 결과는 다음과 같습니다. CAD에서 완벽하게 측정된 접합부도 프린터에서는 매번 너무 꽉 조여 나옵니다. 압출 폭, 열 수축, 첫 번째 레이어 압축 등으로 인해 설계하지 않은 부분에 재료가 추가됩니다.

3D 프린팅으로 제작된 결합 부품에는 얼마나 많은 여유 공간이 필요합니까?

예압이 가해진 래치 면에는 0.10~0.20mm, 슬라이딩 부품에는 측면당 0.20~0.30mm, 절대 접합되지 않아야 하는 프린트 인플레이스 조인트에는 0.30~0.40mm의 레이어 높이를 사용하십시오. 아래 표는 잘 보정된 장비에서 PLA 또는 PETG 소재를 사용하여 0.4mm 노즐로 0.2mm 레이어 높이로 출력했을 때의 작업 설정값입니다. 모든 값은 고정값이 아닌 테스트 쿠폰으로 확인해야 할 시작점으로 간주하십시오.

저 표에서 주목할 만한 두 가지 패턴이 있습니다. 첫째, 3D 프린팅으로 접합하는 부분은 수작업으로 조립하는 부분보다 간격이 대략 두 배 정도 필요합니다. 접합된 부분은 사포질로 분리하면 부품이 손상되기 때문입니다. 둘째, 하중을 받으면서 움직여야 하는 부분은 0.2~0.3mm 정도의 간격이 적합합니다. 이는 일반 소비자용 FDM 프린터의 오차 범위보다 충분히 크면서도 접합부가 헐렁하지 않을 만큼 촘촘한 간격입니다. 관련 기사는 다음에서 확인할 수 있습니다. 3D 프린팅 스냅핏 클립 및 걸쇠용 여유 공간 래치 케이스를 좀 더 자세히 살펴보겠습니다. 3D 프린팅 정밀도를 향상시키는 방법 이 수치들은 기계 측 보정을 전제로 합니다.

인쇄 방향과 레이어 높이가 간격에 미치는 영향

동일하게 설계된 간극이라도 어느 축에 위치하느냐에 따라 다르게 작용합니다. FDM 프린터는 Z축보다 XY축에서 훨씬 더 정밀하고, 내부 형상은 외부 형상보다 훨씬 더 정밀하게 제작되기 때문입니다. FDM PETG 부품에 대한 측정 연구에 따르면 20mm 구멍의 치수 오차가 다음과 같이 나타났습니다. 1.4%~2.59%로, 부품의 외부 길이, 너비 및 두께 오차의 약 4배에 해당합니다.. 20mm 구멍의 경우 누락된 직경이 0.28~0.52mm인데, 이는 위 표에 있는 대부분의 간극보다 큽니다.

레이어 높이는 간격의 최소값을 결정합니다. 0.2mm 레이어 높이에서는 안정적으로 재현 가능한 최소 Z축 간격이 0.2mm이고, 0.12mm 레이어 높이에서는 0.12mm로 줄어듭니다. 이것이 바로 정밀한 조립 메커니즘을 출력할 때 일반적으로 얇게 출력하는 이유입니다. 하지만 출력 시간이 늘어나고, 특히 높이가 높은 조립체의 경우 그 시간이 상당히 길어집니다. 만약 접합부가 정밀하면서도 빠르게 출력되어야 한다면, 메커니즘은 0.12mm 레이어 높이로, 본체는 0.2mm 레이어 높이로 각각 출력하는 것이 좋습니다. 이때 각 객체별로 설정을 조정해야 합니다.

소재 선택이 표의 모든 수치를 어떻게 변화시키는지

재료의 치수 변동은 두 가지 메커니즘을 통해 발생합니다. 하나는 폴리머가 냉각될 때 수축하는 정도이고, 다른 하나는 조립 과정에서 부품이 휘어지는 정도입니다. PLA는 일반적인 필라멘트 중에서 수축률이 가장 낮기 때문에 치수 기준이 됩니다. ABS, ASA, 그리고 충전재가 없는 나일론은 동일한 형상에서 더 많은 여유 공간이 필요하며, 이러한 재료로 만든 대형 부품은 크기를 유지하기 위해 제어된 열 환경이 필수적입니다.

수축 문제는 밀폐되고 가열된 제작 챔버가 단순히 편의성을 넘어 결과에 영향을 미치는 경우입니다. 65°C로 적극적으로 가열되는 챔버는 다음과 같은 경우에 사용됩니다. Plus 4 그리고 맥스4, 폴리머를 조립하는 동안 전체 부품이 연화 범위 근처에 유지되므로 아래쪽 레이어가 위쪽 레이어와 동일한 속도로 수축하여 변형된 형태로 고정되지 않습니다. ABS로 제작된 250mm 인터록 프레임의 경우, 이러한 차이는 뚜껑이 제대로 닫히는 부분과 두 모서리에서 결합되는 부분 사이의 간격으로 나타납니다. 모든 인클로저가 가열 챔버인 것은 아닙니다. Q2C는 밀폐된 난연성 인클로저로, 챔버 가열 기능이 없으므로 PLA 및 PETG 조립에는 적합하지만 대형 ABS 프레임에는 적합하지 않습니다.

대부분의 맞물림 작업의 경우, 견고한 PETG 실용적인 기본값입니다. PLA만큼 크기 유지력이 뛰어나고, PLA라면 세 번만 열어도 깨질 수 있는 스냅핏 사이클링에도 견뎌냅니다. 더 넓은 범위의 필라멘트 범위 전체 부품보다는 관절 유형과 관련하여 읽어볼 가치가 있습니다. 경첩의 인성 대 강성 직접적인 거래를 통해 이루어집니다.

프린터의 간격을 한 번의 인쇄로 보정하는 방법

0.10, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50mm 간격의 접합부 형상이 각각 5개씩 인쇄된 쿠폰을 하나 출력합니다. 그런 다음, 접합부가 자유롭게 움직이는 가장 작은 간격을 선택합니다. 이 결과가 사용하시는 기기, 필라멘트, 슬라이서 프로파일에 맞춰 이 글에 제시된 모든 수치를 대체합니다. 이 과정은 약 20분 정도 소요되며, 그렇지 않을 경우 세 번의 실물 크기 테스트 출력을 낭비하게 되는 시행착오를 없애줍니다.

쿠폰을 디자인할 때 각 변형을 부품 자체에 양각으로 표시하고, 모든 5가지 변형을 한 번에 출력하여 동일한 열 이력을 공유하도록 하세요. 출력물을 따뜻한 상태와 24시간 후에 다시 테스트합니다. PLA와 PETG는 빠르게 안정화되는 반면, 나일론은 수분을 흡수하면서 눈에 띄게 수축할 수 있습니다. 노즐 직경이나 필라멘트 브랜드가 변경될 때마다 값이 달라지므로, 가장 적합한 값을 머릿속이 아닌 슬라이서 프로필 메모에 기록해 두세요.

교체용 하드웨어는 이 테스트의 가장 가혹한 버전입니다. 왜냐하면 결합 부품이 이미 존재하고, 사용자의 요구에 맞춰 조정할 수 없기 때문입니다. 수리용 맞춤형 서랍 슬라이드 간격 조절기 인쇄 기존 조립품을 측정하고 그에 맞춰 설계하는 방법을 보여줍니다. 3D 프린터로 제작한 손잡이가 축에 맞지 않는 이유는 무엇일까요? D축 인터페이스에도 동일한 진단이 적용됩니다.

슬라이서 설정에 따라 부품이 원하는 크기로 나올지 여부가 결정됩니다.

모델링된 간극과 측정된 간극의 차이는 주로 레이어 높이, 벽 두께, 구멍 보정, 엘리펀트풋 보정, 유량이라는 다섯 가지 설정에서 비롯됩니다. CAD 모델을 편집하기 전에 이러한 설정을 정확하게 조정해야 합니다. 그렇지 않으면 설계 변경으로는 프로파일이 3% 이상 과다 압출된 경우를 보정할 수 없기 때문입니다.

기계 측 정밀도가 이 모든 것의 한계를 결정합니다. 벨트 장력, 프레임 강성 및 입력 형상은 툴헤드가 고속으로 래치 포켓 모서리를 얼마나 정확하게 따라가는지를 결정합니다. 현재 600mm/s급 모션 시스템은 이러한 정밀도를 제공합니다. QIDI 프린터가 Klipper에서 공진 보정 및 압력 조절 기능을 사용하기 때문에 정밀한 미세 형상만 출력할 수 있습니다. 이러한 기능이 없으면 200mm/s 속도로 스냅 탭을 출력할 때 모서리 부분이 허용된 여유 공간보다 훨씬 더 넓어지게 됩니다. 출력물의 좌우 접합부가 고르지 않게 나오는 경우, 다음 사항부터 확인해 보세요. 3D 프린팅 정확도 향상 모델을 편집하는 대신 찾아보세요. 현재 프린터 범위 기계가 이러한 공차를 반복적으로 유지하는 데 필요한 사항을 평가하는 경우라면,

너무 꽉 조이거나, 너무 헐거우거나, 또는 파손된 맞물림 부품을 고치는 방법

설계가 아닌 고장 양상을 기준으로 진단하십시오. 접합부가 뻑뻑한 경우는 거의 항상 과도한 압출이나 보정되지 않은 구멍 때문이며, 접합부가 헐거운 경우는 대개 다른 프린터의 간극 값을 그대로 복사한 것이 원인이고, 고리가 부러지는 것은 재료 문제라기보다는 방향 문제일 가능성이 높습니다.

너무 꽉 조여요. 먼저 20mm 교정 큐브를 측정하십시오. 측정값이 20.1mm를 초과하면 CAD 작업을 하기 전에 유량 문제를 해결하십시오. 치수는 정확하지만 내부 형상이 너무 빡빡하면 XY 홀 보정값을 0.10mm 높이십시오. 두 가지 모두 확인한 후에만 모델에 여유 공간을 추가하십시오. 접합면에서 사포질은 재료를 고르게 제거하지 못하고 교정 기준면을 손상시키므로 최후의 수단으로만 사용해야 합니다.

너무 헐렁해요. 간격을 0으로 바로 줄이지 말고 0.05mm씩 단계적으로 줄여나가십시오. 간격을 조이기 전에 후크의 체결 깊이를 늘리는 것이 좋습니다. 간격이 넓고 후크가 깊을수록 얕고 간격이 없는 것보다 더 잘 고정됩니다. 체결 깊이가 후크가 빠지는 것을 방지하는 반면, 간격은 단순히 흔들림만 제어하기 때문입니다. 3D 프린팅 힌지의 헐거운 회전축 고정하기 관절이 이미 마모되어 벌어진 경우 재건 옵션에 대해 다룹니다.

조립 중 파손. 먼저 갈고리의 길이 대 두께 비율을 확인하세요. 최소 2:1이 필요하고, 반복적으로 열리는 관절의 경우 3:1이 바람직합니다. 다음으로 방향을 확인하세요. 레이어는 갈고리의 길이 방향을 따라 배열되어야 합니다. 재질도 중요합니다. PLA는 몇 번 이상 구부러지는 부품에는 적합하지 않습니다. 노즐 온도 또한 중요한데, 층간 접착력이 약하면 연성 파단이 아닌 레이어 라인을 따라 깔끔하게 파손되기 때문입니다.

현장에서 출력하여 접합한 부품들이 단단하게 결합되었습니다. 간격이 프린터가 재현할 수 있는 크기보다 작습니다. 간격을 레이어 높이의 정수배로 늘렸다가 다시 줄이고, 슬라이서가 양쪽에서 간격을 메우는 수평 확장을 적용하지 않는지 확인하십시오. 접합부가 뭉쳐서 붙은 경우, 한 번 세게 구부리면 분리될 수 있지만, 표면이 거칠어질 수 있습니다. 관절형 용 인쇄 이는 이러한 종류의 관절에 대한 고전적인 스트레스 테스트입니다.

접합부가 제대로 맞물리면 마무리는 대부분 절제된 작업입니다. 기능하지 않는 표면만 사포질하고, 걸쇠 면에는 가벼운 실리콘 그리스를, 회전 핀에는 건식 흑연을 바르고, 접합면을 줄로 다듬고 싶은 충동을 억제하십시오. 후처리 가이드 염기서열 분석을 다룹니다. 인쇄된 도어 스트라이크 플레이트의 문제 해결 이는 공차 문제와 설계 문제를 분리하는 방법을 보여주는 예시입니다.

3D 프린팅 조립 부품에 대한 자주 묻는 질문

3D 프린팅으로 제작한 움직이는 부품에는 어떤 간격을 두어야 할까요?

직접 조립하는 부품에는 각 면당 0.20~0.30mm의 간격을 두고, 출력 후 접합하는 부품에는 0.30~0.40mm의 간격을 두세요. 수작업으로 조립하는 부품은 접합부가 뻑뻑해지더라도 사포질이나 재출력을 통해 해결할 수 있으므로 더 빡빡하게 조립해도 괜찮습니다. 반면 출력 후 접합하는 부품은 접합부가 완전히 붙어버리면 폐기해야 합니다. 간격이 0.20mm 미만이면 적층면의 능선만으로도 표면이 뻑뻑해질 수 있습니다.

인쇄 후 장착하는 힌지에는 얼마나 많은 간격이 필요합니까?

반경 방향으로 0.30~0.40mm의 간격을 두고, 그 간격의 Z축 길이는 레이어 높이의 정수배로 설정하십시오. 0.2mm 레이어 높이에서는 0.4mm로 설계하고, 0.12mm 레이어 높이에서는 0.36mm가 적합하며 더 선명한 출력을 제공합니다. 힌지 배럴 상단이 개방된 공간 위에 놓이는 경우, 간격 위의 첫 번째 레이어가 처질 수 있으므로 0.10mm를 추가하십시오.

3D 프린터로 출력한 부품들이 서로 붙어버리는 이유는 무엇인가요?

설계된 간격이 프린터가 처리할 수 있는 크기보다 작을 수 있습니다. 이는 일반적으로 슬라이서가 Z축 간격을 0 레이어로 반올림했거나 수평 방향으로 팽창하여 양쪽에서 간격이 좁아졌기 때문입니다. 출력하기 전에 접합부의 슬라이싱 미리보기를 확인하십시오. 레이어 보기에서 두 물체 사이에 틈이 보이지 않으면 프린터도 해당 부분을 출력하지 않습니다.

3D 프린터로 출력한 구멍이 너무 작은 이유는 무엇인가요?

FDM 방식 프린터에서 내부 원형 형상은 항상 실제 크기보다 작게 출력되며, 외부 치수보다 오차가 더 큽니다. 측정된 FDM PETG 부품의 내부 치수 오차는 1.4~2.59%인 반면, 외부 치수 오차는 그보다 훨씬 작았습니다. CAD 모델에서 모든 구멍을 일일이 수정하는 대신, 슬라이서 프로그램에서 XY축 구멍 보정값을 +0.10~+0.20mm로 설정하여 문제를 해결하십시오.

3D 프린터로 서로 맞물리는 나사산을 만들 수 있나요?

네, M10 이상부터는 나사산 피치가 굵고 주 직경에 0.25~0.40mm의 여유를 두는 것이 좋습니다. M10 미만에서는 나사산 측면이 한 층보다 짧은 계단형으로 쌓여 접합부가 뻑뻑해지거나 벗겨질 수 있습니다. 작은 체결 부품의 경우, 평면 간 간격이 +0.20~0.30mm인 육각 너트 포켓을 설계하고 강철 볼트를 사용하십시오.

스냅핏 부품에 가장 적합한 필라멘트는 무엇인가요?

대부분의 스냅핏에는 PETG를 사용하는 것이 좋습니다. PETG는 파손되기 전에 항복력을 보이며, PLA에 균열을 일으키는 반복적인 잠금 사이클에도 견딜 수 있기 때문입니다. 조인트에 하중이 가해지거나 열이 발생하는 경우에는 PA-CF 또는 PET-CF를 사용하고, TPU는 캔틸레버 후크보다는 리빙 힌지에 사용하는 것이 좋습니다. PLA는 한 번 조립하고 다시는 열지 않는 조인트에만 적합합니다.

가열된 챔버가 맞물리는 부품의 결합력을 더 좋게 만들까요?

대형 ABS, ASA, PC 및 나일론 조립체의 경우, 65°C 챔버는 부품을 제작하는 동안 연화 범위에 가깝게 유지하므로 수축이 높이에 따라 불균일하게 발생하는 것이 아니라 균일하게 발생합니다. 약 150mm 미만의 PLA 및 PETG 조립체의 경우 챔버 온도는 조립성에 큰 영향을 미치지 않으며, 교정 및 홀 보정이 훨씬 더 중요합니다.

맞물리는 부품을 출력하려면 프린터의 정확도가 어느 정도여야 할까요?

위의 간극표에 있는 모든 접합부에 대해 10mm 이상의 형상에서 ±0.1mm 이내의 반복 정밀도면 충분합니다. 이는 잘 보정된 일반 소비자용 FDM 장비에서도 달성 가능합니다. PLA 기어에 대한 FDM 측정 결과에 따르면 더 큰 형상에서 -0.045mm에서 +0.060mm의 편차가 보고되었습니다.그만큼 NIST 적층 제조 측정 과학 프로그램 이는 이러한 정확도 유형을 형식적으로 특징짓는 기준점입니다.

모델이 아니라 쿠폰부터 시작하세요

맞물림 조립품이 실패하는 이유는 지루하지만 고칠 수 있는 것들입니다. 예를 들어, 간격이 반올림되어 0이 되거나, 구멍이 0.3mm 작게 출력되거나, 갈고리가 레이어를 가로질러 제작되는 경우 등이 있습니다. 클리어런스 테이블은 정확한 시작점을 제공하고, 쿠폰은 이를 사용하는 기계에 맞는 수치로 변환하며, 슬라이서 설정은 그 수치가 변동하지 않도록 고정해 줍니다. 이 세 가지 작업을 순서대로 수행하면 조립품이 제대로 작동하게 되는데, 이것이 바로 드라이버를 사용하지 않고도 조립할 수 있는 연결부를 설계하는 핵심 목표입니다.