3D打印孔：5個簡單技巧

魔猴君  知識堂   353天前

3D打印孔幾乎無處不在。銷釘、螺栓、軸承、線性桿和許多其他機械部件都需要它們。如果沒有它們，組裝某些3D打印件將會是一場由混亂的膠水和膠帶卷組成的噩夢。

雖然在CAD軟件中設計一個孔只需點擊幾下，但掌握3D打印孔的設計卻需要一些經驗。例如，垂直孔（垂直于打印床）與水平孔（平行于打印床）的設計應該如何不同？如果孔需要攻絲怎么辦？

從方向到材料收縮，3D打印的孔設計涉及許多復雜的因素，從而導致最終打印件的配合效果明顯不同。

在本指南中，魔猴網將和大家一起學習有關3D打印孔的頂級技巧。最后，您將掌握一系列工具，用于制作不同用途的孔。讓我們開始吧！

掌握基礎知識：正確校準

顯示大象腳的3D打印（來源：MatterHackers） 

精確打孔的首要關鍵是正確校準3D打印機。校準有多種方式，以下是您應該特別注意的四種方式：

每毫米步數：每毫米步數設置告訴3D打印機每移動一毫米，每個電機要轉動多少。如果這些設置不正確，您的打印機生成的孔就會一直過大或過小。幸運的是，我們有專門的校準指南來幫助您找到適合您機器的每毫米步數設置。

軸對正：軸正交性是指打印機的運動軸相對于其他運動軸的方正程度。如果它們不完全垂直，打印機的運動就會出現偏差，打出的孔就會略帶橢圓形。要測試正交性，請使用我們推薦的帶有螺柱的校準立方體。在此基礎上，對打印機的軸進行物理調整，直到它們完全垂直為止。

第一層校準：正如您可能已經經歷過的，三維打印的第一層對成功結果至關重要。特別是對于孔來說，釘好第一層對于避免"大象腳"至關重要，"大象腳"是指打印開始時離床面太近。這會影響孔洞開口的大小，導致后期的裝配效果不佳。

適當的間隙：每臺機器的精度都略有不同，因此不能指望部件總是完美地安裝在一起。這就是間隙發揮作用的地方；這些間隙是設計中的微小間隙，可確保有足夠的余地進行適當的配合。

完成這四個步驟后，您就可以開始設計了！以下是幫助您成功制作3D打印孔的五個技巧。

1、不要從半空中開始

一系列短的和長的3D打印橋（來源：UltiMaker）

在適當的情況下，3D打印機可以打印橋。橋（如上圖所示）可以將塑料從縫隙的一端拉伸到另一端，從而減少材料在中間懸浮的機會。但是，如果在橋上打孔，就會破壞這種微妙的平衡，使塑料無法直線穿過縫隙；孔的周邊--圓形--必須被擠出到空氣中，沒有任何東西可以粘住。這可能會造成無支撐打印路徑的災難性混亂，要么毀掉你的打印，要么導致完全失敗。

一個經過修改的空中洞（左）和一個失敗的、未經修改的洞（右）（來源：Shop3D.ca）

解決這一問題的方法通常有兩種。

首先，一些用戶喜歡將中空的孔打散，使其位于一系列直線橋上。如上圖所示，孔的周邊可以靠在周圍的一系列層上，防止出現上述的打印在薄空氣中的現象。其結果是，產品更加整潔、無支撐物。

另外，有些用戶喜歡用一到兩層塑料"填充"孔洞，基本上是將孔洞底部封閉起來，形成一個平橋。只需添加這層薄薄的塑料，孔洞就會從下面得到很好的支撐，以后可以用X-acto刀將其切掉。從設計的角度來看，這也比前一種方案更容易實現。

2、謹防收縮

擠壓層的可視化壓縮，導致孔尺寸過小（來源：Hubs）

收縮是3D打印孔的另一個重要考慮因素。盡管收縮會以多種方式發生，但結果總是一樣的：孔洞會比你預想的小那么一點點。雖然這種變化是微妙的，但足以將配合過緊的螺栓和直接滑過的螺栓區分開來。

收縮有三個主要原因：

材料收縮：材料冷卻后會收縮。這是許多臭名昭著的打印失敗背后的罪魁禍首，包括翹曲和層分層。對于孔來說，這種收縮會導致零件尺寸略小，無法正常拼合。

層壓縮：這種情況會導致孔收縮，但實際上是由于層過大造成的。當打印機鋪設新層時，會施加一個壓縮力（如上圖所示）。雖然這能提高部件的強度，但也會導致下層略微擠壓，超出了它們原本的邊界。結果就是打印出來的零件在各個方向上都過于"膨大"，包括孔內。

網格分辨率：雖然從技術上講這不是一種"收縮"，但網格分辨率確實會導致打印出來的孔比原來設計的要小。這里的關鍵在于，對于大多數3D打印文件來說，"孔"實際上并不是完美的圓形，而是由多邊形組成的近似值。其結果就是會有一點點切角，導致打印出來的孔比最初設計的要小。

制造商采取各種技巧來解決收縮問題（來源：hartk1213 via Reddit）

要解決這些問題，可以先將孔設計得稍大一些，以防止收縮。打印后，孔會變小，更接近理想尺寸。可能需要反復試驗才能找到最佳位置，但你很可能會發現一些誤差，從而達到理想的貼合效果。

另外，你也可以嘗試切片機中的材料收縮設置。雖然不同的工具會有不同的名稱，但通常都有指定長絲收縮率的選項。類似的設置還有"水平膨脹"，它同樣可以在打印前通過自動膨脹或收縮模型來避免收縮。

最后，你總是可以選擇讓孔保持原樣（甚至略微小于原尺寸）。如果您打算敲打螺紋，這將給您提供一些螺釘咬合的空間；否則，您只需按照您要求的精確尺寸鉆孔即可。

3、避免懸垂

淚滴形狀允許水平孔的無下垂打印（來源：flowalistik via Wikifactory）

到目前為止，我們所討論的大部分內容都適用于垂直孔。如果你遇到的是水平洞呢？在這種情況下，你最大的挑戰可能就是懸挑物。

如上圖所示，水平孔形成的懸邊會隨著孔的閉合而變得越來越陡。在打印時，這意味著孔的頂部很容易下垂，從而導致開口略微"壓扁"。如果您想把螺栓裝進去，這就足以堵塞開口。

幸運的是，這個問題很容易解決，只要使用水滴形的孔而不是完全圓形的孔（如上圖所示）。這種設計避免了孔的懸垂，使版畫能夠保持您想要的弧度。雖然這種技術可能會略微增加三維設計的復雜性，但為了獲得精確的最終產品，這只是一個很小的代價。

4、添加緊固/合規機制

將線性桿插入槽孔，擰緊以確保牢固配合（來源：Maker's Muse via YouTube）

在某些情況下，您可能需要一個緊緊包住物體的孔。在將軸承或桿安裝到3D打印部件中時，通常就會出現這種情況。如何在組裝簡便和安裝牢固之間取得平衡？

在這種情況下，您的最佳選擇可能是設計出有一點余量的孔。這樣既能方便插入部件，又不會犧牲太多的"抓地力"和穩定性。這種設計通常有兩種：

緊固裝置：這些裝置可使原孔足夠大，以便在日后收緊時佩戴舒適。一種常見的設計方法是沿每個孔的長度方向增加一個槽，如上圖所示。在此基礎上，可以使用螺栓封閉縫隙，夾緊物體。

借助柔性孔機構插入的軸承（來源：Maker's Muse via YouTube）

順從式機構：如果對準是一個問題（如直線軸承），順從機構可能更適合您的應用。這些機構依靠塑料的天然彈性，在孔的尺寸上提供一些間隙，從而實現緊密的摩擦配合。您可以從上面的操作中看到這一點；塑料的彈性為軸承提供了足夠的空間。

5、借助工具調整

使用推拉工具改進螺紋孔的配合（來源：Hironori Kondo via All3DP）

到目前為止，我們主要關注的是裸露、干凈的孔，但這并不能涵蓋一切。有時，您可能需要螺紋孔。這些孔可以直接擰上螺栓，而不需要單獨攻絲或螺母。雖然這樣做很方便，但也會使前面的很多提示失去作用。例如，很難防止收縮，因為螺栓螺紋有標準尺寸。

為了解決這個問題，我們需要創造性地調整孔的設計。一個很好的方法是使用推/拉工具來擴大螺栓和螺紋孔之間的間隙，從而有效地增加間隙。您可以將其與上述收縮設置結合使用，以調整配合。

在設計時要注意，較大的螺紋出來會更整齊，尤其是在FDM 3D打印機上。我們建議使用較低的層高進行打印，以創建更精確的螺紋。

編譯整理：ALL3DP