3D打印孔：5个简单技巧

魔猴君  知识堂   196天前

3D打印孔几乎无处不在。销钉、螺栓、轴承、线性杆和许多其他机械部件都需要它们。如果没有它们，组装某些3D打印件将会是一场由混乱的胶水和胶带卷组成的噩梦。

虽然在CAD软件中设计一个孔只需点击几下，但掌握3D打印孔的设计却需要一些经验。例如，垂直孔（垂直于打印床）与水平孔（平行于打印床）的设计应该如何不同？如果孔需要攻丝怎么办？

从方向到材料收缩，3D打印的孔设计涉及许多复杂的因素，从而导致最终打印件的配合效果明显不同。

在本指南中，魔猴网将和大家一起学习有关3D打印孔的顶级技巧。最后，您将掌握一系列工具，用于制作不同用途的孔。让我们开始吧！

掌握基础知识：正确校准

显示大象脚的3D打印（来源：MatterHackers） 

精确打孔的首要关键是正确校准3D打印机。校准有多种方式，以下是您应该特别注意的四种方式：

每毫米步数：每毫米步数设置告诉3D打印机每移动一毫米，每个电机要转动多少。如果这些设置不正确，您的打印机生成的孔就会一直过大或过小。幸运的是，我们有专门的校准指南来帮助您找到适合您机器的每毫米步数设置。

轴对正：轴正交性是指打印机的运动轴相对于其他运动轴的方正程度。如果它们不完全垂直，打印机的运动就会出现偏差，打出的孔就会略带椭圆形。要测试正交性，请使用我们推荐的带有螺柱的校准立方体。在此基础上，对打印机的轴进行物理调整，直到它们完全垂直为止。

第一层校准：正如您可能已经经历过的，三维打印的第一层对成功结果至关重要。特别是对于孔来说，钉好第一层对于避免"大象脚"至关重要，"大象脚"是指打印开始时离床面太近。这会影响孔洞开口的大小，导致后期的装配效果不佳。

适当的间隙：每台机器的精度都略有不同，因此不能指望部件总是完美地安装在一起。这就是间隙发挥作用的地方；这些间隙是设计中的微小间隙，可确保有足够的余地进行适当的配合。

完成这四个步骤后，您就可以开始设计了！以下是帮助您成功制作3D打印孔的五个技巧。

1、不要从半空中开始

一系列短的和长的3D打印桥（来源：UltiMaker）

在适当的情况下，3D打印机可以打印桥。桥（如上图所示）可以将塑料从缝隙的一端拉伸到另一端，从而减少材料在中间悬浮的机会。但是，如果在桥上打孔，就会破坏这种微妙的平衡，使塑料无法直线穿过缝隙；孔的周边--圆形--必须被挤出到空气中，没有任何东西可以粘住。这可能会造成无支撑打印路径的灾难性混乱，要么毁掉你的打印，要么导致完全失败。

一个经过修改的空中洞（左）和一个失败的、未经修改的洞（右）（来源：Shop3D.ca）

解决这一问题的方法通常有两种。

首先，一些用户喜欢将中空的孔打散，使其位于一系列直线桥上。如上图所示，孔的周边可以靠在周围的一系列层上，防止出现上述的打印在薄空气中的现象。其结果是，产品更加整洁、无支撑物。

另外，有些用户喜欢用一到两层塑料"填充"孔洞，基本上是将孔洞底部封闭起来，形成一个平桥。只需添加这层薄薄的塑料，孔洞就会从下面得到很好的支撑，以后可以用X-acto刀将其切掉。从设计的角度来看，这也比前一种方案更容易实现。

2、谨防收缩

挤压层的可视化压缩，导致孔尺寸过小（来源：Hubs）

收缩是3D打印孔的另一个重要考虑因素。尽管收缩会以多种方式发生，但结果总是一样的：孔洞会比你预想的小那么一点点。虽然这种变化是微妙的，但足以将配合过紧的螺栓和直接滑过的螺栓区分开来。

收缩有三个主要原因：

材料收缩：材料冷却后会收缩。这是许多臭名昭著的打印失败背后的罪魁祸首，包括翘曲和层分层。对于孔来说，这种收缩会导致零件尺寸略小，无法正常拼合。

层压缩：这种情况会导致孔收缩，但实际上是由于层过大造成的。当打印机铺设新层时，会施加一个压缩力（如上图所示）。虽然这能提高部件的强度，但也会导致下层略微挤压，超出了它们原本的边界。结果就是打印出来的零件在各个方向上都过于"膨大"，包括孔内。

网格分辨率：虽然从技术上讲这不是一种"收缩"，但网格分辨率确实会导致打印出来的孔比原来设计的要小。这里的关键在于，对于大多数3D打印文件来说，"孔"实际上并不是完美的圆形，而是由多边形组成的近似值。其结果就是会有一点点切角，导致打印出来的孔比最初设计的要小。

制造商采取各种技巧来解决收缩问题（来源：hartk1213 via Reddit）

要解决这些问题，可以先将孔设计得稍大一些，以防止收缩。打印后，孔会变小，更接近理想尺寸。可能需要反复试验才能找到最佳位置，但你很可能会发现一些误差，从而达到理想的贴合效果。

另外，你也可以尝试切片机中的材料收缩设置。虽然不同的工具会有不同的名称，但通常都有指定长丝收缩率的选项。类似的设置还有"水平膨胀"，它同样可以在打印前通过自动膨胀或收缩模型来避免收缩。

最后，你总是可以选择让孔保持原样（甚至略微小于原尺寸）。如果您打算敲打螺纹，这将给您提供一些螺钉咬合的空间；否则，您只需按照您要求的精确尺寸钻孔即可。

3、避免悬垂

泪滴形状允许水平孔的无下垂打印（来源：flowalistik via Wikifactory）

到目前为止，我们所讨论的大部分内容都适用于垂直孔。如果你遇到的是水平洞呢？在这种情况下，你最大的挑战可能就是悬挑物。

如上图所示，水平孔形成的悬边会随着孔的闭合而变得越来越陡。在打印时，这意味着孔的顶部很容易下垂，从而导致开口略微"压扁"。如果您想把螺栓装进去，这就足以堵塞开口。

幸运的是，这个问题很容易解决，只要使用水滴形的孔而不是完全圆形的孔（如上图所示）。这种设计避免了孔的悬垂，使版画能够保持您想要的弧度。虽然这种技术可能会略微增加三维设计的复杂性，但为了获得精确的最终产品，这只是一个很小的代价。

4、添加紧固/合规机制

将线性杆插入槽孔，拧紧以确保牢固配合（来源：Maker's Muse via YouTube）

在某些情况下，您可能需要一个紧紧包住物体的孔。在将轴承或杆安装到3D打印部件中时，通常就会出现这种情况。如何在组装简便和安装牢固之间取得平衡？

在这种情况下，您的最佳选择可能是设计出有一点余量的孔。这样既能方便插入部件，又不会牺牲太多的"抓地力"和稳定性。这种设计通常有两种：

紧固装置：这些装置可使原孔足够大，以便在日后收紧时佩戴舒适。一种常见的设计方法是沿每个孔的长度方向增加一个槽，如上图所示。在此基础上，可以使用螺栓封闭缝隙，夹紧物体。

借助柔性孔机构插入的轴承（来源：Maker's Muse via YouTube）

顺从式机构：如果对准是一个问题（如直线轴承），顺从机构可能更适合您的应用。这些机构依靠塑料的天然弹性，在孔的尺寸上提供一些间隙，从而实现紧密的摩擦配合。您可以从上面的操作中看到这一点；塑料的弹性为轴承提供了足够的空间。

5、借助工具调整

使用推拉工具改进螺纹孔的配合（来源：Hironori Kondo via All3DP）

到目前为止，我们主要关注的是裸露、干净的孔，但这并不能涵盖一切。有时，您可能需要螺纹孔。这些孔可以直接拧上螺栓，而不需要单独攻丝或螺母。虽然这样做很方便，但也会使前面的很多提示失去作用。例如，很难防止收缩，因为螺栓螺纹有标准尺寸。

为了解决这个问题，我们需要创造性地调整孔的设计。一个很好的方法是使用推/拉工具来扩大螺栓和螺纹孔之间的间隙，从而有效地增加间隙。您可以将其与上述收缩设置结合使用，以调整配合。

在设计时要注意，较大的螺纹出来会更整齐，尤其是在FDM 3D打印机上。我们建议使用较低的层高进行打印，以创建更精确的螺纹。

编译整理：ALL3DP