熱熔螺母會排開一塊體積,而孔徑決定它去哪裡
r/3Dprinting 上有人一直遇到同一件事:裝熱熔螺母的時候,熔掉的塑膠往上爬進牙裡。PETG、烙鐵 215 °C、孔的兩面各倒了半度的角,然後他問了一個聽起來很合理的問題:是不是把倒角做得超大就好了。那串給了他兩個好答案,而那兩個答案在修不同的東西。值得把它們分開,因為第二個背後的算術,剛好落在他後來靠試誤找到的那個數字上。
兩個修正,而它們不是同一個修正
票最高的那則只有一句話:把孔開大。第二高的那則 356 分講的是另一件事: 做一次孔徑精度校正,把結果存進切片軟體,而且 每一種線材都要做一次,因為 PLA 的結果不會是 PETG 的結果。
這兩件事在修不同的問題,只是剛好落在同一個尺寸上。
| 修正 | 哪裡不對 | 是誰的問題 |
|---|---|---|
| 校正 | 印出來的孔不是 CAD 模型裡的那個孔 | 印表機與線材 |
| 餘隙 | 就算孔完全準確,它還是比插件小,而那個差是一塊必須去某處的聚合物體積 | 插件 |
兩者相加,只修其中一個,就會花很長時間追另一個。 原發問者最後兩件都做了,只是沒把它們分開講:他先在 CAD 裡把孔放大 0,5 mm, 發現 PETG 的收縮比他預期的嚴重,然後又補了 0,3 mm。
那串裡沒有人做的算術
熱熔螺母是一個實心的黃銅件,被推進一個比它小的孔。 聚合物不會因此消失,只會被移動。被排開的體積就是兩個直徑之間的環,乘上結合長度:
V =(π/4)×(d插件² − d孔²)× L
拿一顆常見的 M3 熱熔螺母來算。廠商型錄上這個尺寸大約是 外徑 4,6 mm、長 5,7 mm,內牙 M3 的小徑約 2,5 mm, 內孔截面積 4,91 mm²。如果被排開的聚合物往那個內孔爬, 也就是被抱怨的那個症狀,它會爬多高:
| 孔徑 | 排開體積 | 往內孔爬 | 佔插件長度 |
|---|---|---|---|
| 3,8 mm | 30,1 mm³ | 6,1 mm | 108 % |
| 4,0 mm | 23,1 mm³ | 4,7 mm | 83 % |
| 4,2 mm | 15,8 mm³ | 3,2 mm | 56 % |
| 4,3 mm | 12,0 mm³ | 2,4 mm | 43 % |
| 4,5 mm | 4,1 mm³ | 0,8 mm | 15 % |
孔開 3,8 的時候,多出來的聚合物比內孔能裝的還多。 這個門檻不需要有人用實驗去發現,它就從兩個直徑跟一個長度掉出來。
而那串最後兩百分的內容,就在那張表的其中一列。 從 4,0 走到 4,3 mm,也就是原發問者後來補的那 +0,3 mm, 把排開體積從 23,1 砍到 12,0 mm³。少了一半。 他是試出來的,算術從型錄尺寸就走得到。
那就把倒角做超大,而超大是多大
他貼文最後那個問題值得一個真正的答案,而不是一句「不是」。 倒角確實是多餘材料可以待的地方。問題在於它能裝多少, 而那是一圈旋轉出來的環,所以很小:
| Ø4,0 孔上的倒角 | 能裝的體積 | 佔 23 mm³ 多餘量 |
|---|---|---|
| 0,5° × 0,5 mm | 0,01 mm³ | 0,04 % |
| 45° × 0,5 mm | 1,70 mm³ | 7 % |
| 45° × 1,0 mm | 7,33 mm³ | 32 % |
他原本的倒角,比它要吞掉的體積小三個數量級。 半度的倒角是導入角,而導入角是有用的東西,但它不是儲料空間。 就算做一個正經的 45° × 1 mm,在一個 4 mm 的孔上那已經很大了,也只吃掉三分之一。 所以是的,做大一點;而不,它不是那根槓桿。 孔徑是那條式子裡唯一能減少多餘量本身、而不是替它找地方停的項。
為什麼這個數字是上界
上面的算法把多餘量算得比實際大,理由有三個,而其中兩個是列印件專屬的,值得知道。
- 插件不是圓柱。滾花、退刀槽與錐度讓真正的本體排開的量,比兩個直徑之間那個完整的環少
- 列印件不是實體。牆與填充之間有空隙,被軟化的聚合物會被壓進去。射出成形的 boss 沒有這種去處,這也是為什麼列印件容忍的孔,比一份為射出成形寫的型錄所建議的更緊
- 熔體會被壓實。有一部分體積是變成密度,不是被移動
這些都不改變論證的方向,只改變修正的大小。 但它確實表示:把射出成形的 boss 孔徑表照搬到列印件上,起點是錯的, 而且錯的方向跟大家預期的相反:列印件通常要的是更小的餘隙,不是更大。
標準這一側我們找到什麼、沒找到什麼
熱熔螺母的孔徑來自廠商型錄,而且隨樹脂、填充與插件外型而變。 製造商會引用 DIN 16903(塑膠件用嵌入件),而搜尋顯示其中的 R 型至少已經作廢。 我們沒有讀那份標準,所以本頁沒有一句話引自它, 也沒有轉載任何一家廠商的孔徑表。 上面那段算術的用途,是讓你可以用型錄沒講的那個單位,去檢查別人給你的任何一張表。
這個決定的另外一半,是插件進去之後在做什麼。 每一種嵌入件家族對母材的假設,以及熱熔螺母的安裝目標,寫在 母材當不了螺帽的時候。 直接在塑膠上成形的螺紋為什麼是那樣的行為、 以及為什麼規格是一個扭矩窗口而不是一個值,寫在 鎖進塑膠。 而列印件的 boss 之所以比射出的難,是因為插件是以環向撐它, 方向正好橫過層線,也就是那個零件最弱的方向。
這一篇屬於第 1 步,母材。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
熱熔螺母裝進去,塑膠為什麼會爬進牙裡?
因為插件排開了一塊聚合物,而那塊體積必須去某個地方。一顆常見的 M3 熱熔螺母大約外徑 4,6 mm、長 5,7 mm,配 4,0 mm 的孔會留下約 23 立方毫米的多餘量。M3 插件的內孔截面積接近 4,9 平方毫米,所以如果多餘量往內孔走,它會爬大約 4,7 mm,等於插件長度的 83%。孔開到 3,8 mm 的時候,多餘量比內孔能裝的還多。
把倒角做大一點會解決嗎?
有幫助,但它不是那根槓桿。倒角是一圈旋轉出來的環,能裝的比大家想像的少很多。在 Ø4,0 的孔上,0,5 度 × 0,5 mm 的倒角大約裝 0,01 立方毫米,而多餘量接近 23。就算做 45 度 × 1 mm,在那個孔上已經很大了,也只吃掉三分之一。孔徑是唯一能減少多餘量本身、而不是替它找地方停的項。
孔應該開大多少?
那來自插件供應商,而且隨樹脂、填充與插件外型而變,所以本頁不給數字。算術給你的是一個檢查任何數字的方法:把你正在考慮的那個孔徑的排開體積算出來,然後問它預計要去哪裡。來源討論串裡,原發問者是在已經放大過的孔上再加 0,3 mm,而光是那一步就把排開體積砍掉一半。
為什麼同一個孔在 PLA 可以,在 PETG 就不行?
兩個效應疊在一起。印出來的孔不是 CAD 模型裡的孔,而差多少跟材料有關,這也是那串第二高票建議「逐線材做孔徑精度校正並存起來」的原因。在那之上,對一個給定的成品孔徑,插件仍然排開同樣的體積。原發問者兩個都撞到了:他發現 PETG 的收縮比預期嚴重,然後在那之上還需要更多餘隙。
射出成形的 boss 孔徑表可以拿來用在列印件上嗎?
那是錯的起點,而且錯的方向跟大家預期的相反。列印件的牆與填充之間有空隙可以讓軟化的聚合物被壓進去,射出成形的 boss 沒有,所以列印件往往容忍比成形型錄所建議的更緊的孔,而不是更鬆。把那張表當成第一個猜測,然後用排開體積去檢查它。
參考資料
- r/3Dprinting —— 本篇的起點,含原發問者自己關於 PETG 收縮的更新,以及兩則票數最高的回覆
- r/3Dprinting —— 有沒有比熱熔嵌入更好的做法;這裡只當作「這個問題被問得多頻繁」的證據
本頁的排開體積算術是我們自己做的,任何人用兩個直徑跟一個長度就能重算。範例裡用的插件尺寸,M3 大約外徑 4,6 mm、長 5,7 mm,是廠商型錄上的典型尺寸,不是標準,換一家廠商的插件數字就會不同;可以帶走的是那條算術,不是那張表。這個計算是上界,理由就是上面寫的三個。本頁不建議任何孔徑,因為那屬於插件供應商,而且隨樹脂、填充與插件外型而變。製造商會引用 DIN 16903(塑膠件用嵌入件),搜尋顯示其中的 R 型至少已作廢;我們沒有讀那份標準,本頁沒有一句話引自它,也查不到任何涵蓋熱熔螺母 boss 尺寸的 ISO 標準。來源討論串票數最高的那則指向一個這個題目上很有名的實驗影片系列;我們沒有讀過它底下的原始資料,也沒有引用它的任何數字。我們同樣查不到願意引用的「列印件上熱熔螺母拉脫強度」的已發表量測,所以本頁不做任何強度宣稱。
詢價
如果詢價牽涉到塑膠件的嵌入件,請告訴我們樹脂是什麼,以及那個零件是成形的還是列印的。 那是兩個不同的問題:射出成形的 boss 沒有地方放被排開的材料,列印件有, 而在其中一邊行得通的孔,在另一邊不會是同一個孔。