螺紋的餘隙,大約是一層的八分之一

r/3Dprinting 上有兩個問題一直回來。一個直接問:印出來的螺紋,公差比車床差多少。另一個是一位設計者的報告:他花了幾週在 CAD 裡調整,從牙型到公差偏移量全部重來,為的是讓一整組道具不用膠也不用金屬件就能組起來。而第一個問題底下票數最高的兩則回覆,說的都是同一件事的不同版本:不要用螺紋。有一個數字可以解釋以上全部,而它就在公差標準裡。

標準留了多少

螺紋等級裡的那個字母是公差位置,也就是規格裡刻意留下的餘隙。 這一段寫在數字與字母回答的是兩個不同的問題。 那一頁沒有給、而在這裡剛好決定一切的,是那個餘隙到底有多大。

ISO 965-1 是依牙距而不是依直徑來列它的,單位微米:

牙距G(內螺紋)Hg(外螺紋)h
0,5 mm+200−200
0,8 mm+240−240
1 mm+260−260
1,25 mm+280−280
1,5 mm+320−320
2 mm+380−380

M6 粗牙的牙距是 1 mm,所以一支 6g 的螺絲拿到的設計餘隙是 26 微米。那就是全部。 它的用途是讓鍍過的螺栓還旋得進螺帽,也是為什麼在小尺寸上 鍍層會吃掉螺紋公差

現在把它換成印表機的單位

被廣泛使用的層高是 0,2 mm,也就是 200 微米。 M6 的整個 ISO 餘隙是 26。 標準留的餘隙,大約是單一層的八分之一。 而牙距是 1 mm,所以整個牙型只有五層高

這個比較不是在批評任何一邊。 公差系統是為了會把材料切掉的製程寫的,在那些製程裡四分之一層已經是很粗的一步, 而它運作得很好。印表機是把材料以一條一條的方式放下去, 它在垂直方向能走的最小一步,就已經是一整段牙側的大半。 兩者只是不用同一個單位在寫,而且差距不是邊緣性的。

同一條算術往小尺寸走會更難看。M3 的牙距 0,5 mm,餘隙是 20 µm, 一層的十分之一,而牙距只有兩層半。 那大約也就是大家放棄的地方。

這就是為什麼大家用的偏移量長那個樣子

常見的處理是把螺紋放大,或在 CAD 裡加一個餘隙偏移, 而大家最後定下來的數字都落在零點幾毫米這個量級。 對著 26 µm 的餘隙來看,那是標準所留的八到十五倍

這不是大家隨便。那是這個製程真的交得出來的最小修正, 因為比一層還小的修正,根本放不下去。 但它確實有一件事值得在圖面上講清楚: 一支因為加了 0,3 mm 才好用的印出來的螺紋, 不是 6g/6H 配合。 它是一個靠試出來、沒有代號的配合, 沒有經過檢查就不會跟買來的扣件互換。

建模那一側還有一個相關的陷阱。 把螺紋畫在公稱尺寸上,畫的就是 h 與 H,而它們的基本偏差是零。 那是這個系統裡最緊的位置,會被刻意選用是因為之後要加鍍層。 照公稱畫完直接印,等於先要求零餘隙,然後再在上面疊一層階梯。

擺放方向決定你拿到哪一種階梯

印出來的螺紋是一條用堆疊輪廓近似出來的螺旋, 而那個近似會出現在哪裡,取決於零件怎麼躺在平台上。

軸向牙側在哪裡被近似還有什麼跟著變
垂直在 Z 方向,解析度是層高。0,2 mm 層高配 M6 粗牙,一個牙距五階螺紋是橫過層間結合在受力,而那是最弱的方向
水平在 XY 平面,解析度變成擠出寬度而不是層高懸空的牙側需要支撐或架橋,而且螺紋不再是圓的

兩種方向共有的一件事是:牙根是一個應力集中, 而它所在的材料本來就在層與層之間最弱。 來源討論串裡拿到 84 分的那則留言,是從另一邊指向同一個物理: 把螺栓中心挖空會在受力方向上多出牆, 而牆才是印出來的截面裡真正在承載的那一部分。

有經驗的人給的答案

在那串問「印出來的公差跟車床差多少」的討論裡, 票數最高的兩則用不同的話說了同一件事:這裡不要用螺紋。 印一根素圓柱磨到合。把一顆螺帽壓進零件裡,讓螺絲去咬鋼。 用過盈配合,裝一次就不要再動。

那個直覺是對的,而且它就是本站對射出成形塑膠寫過的那道階梯, 只是在最下面多加了一階:

做法買到代價
印出來的螺紋不用第二個零件、不用模具,手就能組一個沒有代號的配合、載荷低且不可預測,而且撐不了幾次拆裝
螺絲鎖進印出來的柱子由金屬螺絲來做事,只要買一種零件螺紋是在塑膠裡成形的,所以規格是一個扭矩窗口,見鎖進塑膠
熱熔螺母塑膠件裡有一段金屬螺紋,可以反覆拆裝多一道工序,而且孔徑必須把被排開的體積算進去,見那些塑膠得有地方去
完全不用螺紋壓配、卡扣、埋入螺帽。往往是最便宜又正確的答案裝一次就定了,而那個接合必須容忍「只裝一次」

螺紋扣件在什麼情況下根本就不該是那個零件,而且理由跟列印無關,見 什麼時候不要用螺絲

這一篇屬於第 2 步,牙。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件;至於為什麼順序做反了是重工而不是微調,見指定一顆螺絲

常見問題

ISO 螺紋系統實際上留了多少餘隙?

ISO 965-1 是依牙距列的。牙距 1 mm,也就是 M6 粗牙,位置 g 在外螺紋上給 26 微米,位置 G 在內螺紋上給同樣的量。牙距 0,5 mm 是 20 微米,牙距 2 mm 是 38 微米。位置 h 與 H 的基本偏差是零,也就是完全沒有餘隙,這也是為什麼之後要加鍍層的時候會刻意選它們。

印出來的螺紋為什麼需要那麼大的偏移量?

因為修正量至少要等於這個製程能放下的最小特徵。常用層高是 200 微米,而 M6 的 ISO 餘隙是 26,也就是標準留的大約是一層的八分之一,根本沒有東西讓印表機去對。大家最後定下來的偏移量都在零點幾毫米,是 ISO 餘隙的八到十五倍。那是製程在說話,不是誰隨便。

印出來、而且很好轉的螺紋,還算是 6g/6H 配合嗎?

不算,而且這件事值得在圖面上寫清楚。一支因為加了 0,3 mm 餘隙才好用的螺紋,是靠試出來的配合,背後沒有任何代號。它在被調校過的那個組件裡可能完全沒問題。但它不會可靠地跟買來的扣件互換,而且下游沒有人查得到它是什麼。

螺紋要照公稱尺寸建模嗎?

照公稱建模,建的就是 h 與 H,而它們的基本偏差是零。那是這個系統裡最緊的位置,存在的理由是「之後會加鍍層」。照那個印出來,等於先要求零餘隙,再在上面疊一層階梯,所以這樣建模的零件會卡死。

螺紋印的方向有差嗎?

會改變你拿到哪一種近似,也會改變載荷走在哪個方向。軸向垂直時,牙側是以層高為階,M6 粗牙配 0,2 mm 層高是一個牙距五階,而螺紋是橫過層間結合在受力。軸向水平時,牙側改成在 XY 平面上以擠出寬度被近似,懸空的牙側需要支撐或架橋,而且螺紋不再是圓的。

參考資料

ISO 965-1:2013 讀的是公開的預覽 PDF,預覽含第 1 節與完整的 Table 1;上面引用的每一個基本偏差都出自那張表,而那張表是依牙距、不是依直徑編的。預覽在第 7 頁、Table 4 中途結束,所以基本大徑 2,8 mm 以上的節徑公差等級都在預覽之外,本頁沒有引用任何公差等級(帶寬)的數值。0,2 mm 的層高是被廣泛使用的社群設定,不是標準,而這個比較會隨你實際用的層高等比例變動。文中描述的實務偏移量是來源討論串與社群普遍回報的做法;本頁不建議任何偏移值,因為它取決於印表機、材料與擠出寬度,而我們自己沒有做過測試。我們也查不到願意引用的印出來的螺紋強度實測,所以本頁不做任何載荷宣稱。關於版本有一則說明。這裡讀到的預覽是 ISO 965-1:2013,第 4 版。2026 年的第 5 版取代了它,並納入 2021 年的第 1 號修訂,而上面連結、以及本站其他頁面用的就是那個現行版的目錄項。我們沒有讀到第 5 版,所以無法確認 Table 1 有沒有改動;這裡的數值是 2013 版的,要放進圖面之前應該對照現行版查一次。

詢價

如果一個列印件之後要跟買來的扣件配,請把你希望金屬那一側是哪個螺紋等級告訴我們, 而不是只給尺寸。列印那一側不管怎麼做都會是一個靠試出來的配合, 而知道另外那一半被綁在哪個代號上,才有辦法把這一對拿去檢查。

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