歡迎來(lái)到我們的博客專欄《3D打印設(shè)計(jì)（Designing for 3D Printing，DF3DP）》。DF3DP是一個(gè)系列文章，專門介紹使用任何3D打印機(jī)時(shí)要遵循的3D打印技巧和訣竅，3D打印機(jī)將幫助您減少生產(chǎn)成本，打印時(shí)間和材料，同時(shí)我們還將向您展示3D打印機(jī)是如何按照您初期的設(shè)計(jì)方案來(lái)協(xié)助完成您的零部件。
每當(dāng)您發(fā)現(xiàn)花費(fèi)大量時(shí)間和材料打印出的零部件，根本不符合您初期的設(shè)計(jì)要求時(shí)，不用擔(dān)心，我們會(huì)一直陪伴在您身邊幫您解決問(wèn)題。3D打印是一個(gè)無(wú)人值守的制造過(guò)程，所以一旦您將事先設(shè)計(jì)好的CAD模型發(fā)送到打印機(jī)后，您就無(wú)需再進(jìn)行修改。零件可能需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天，如果您需要在期限內(nèi)完成打印，從時(shí)間或金錢的角度來(lái)看，使用更正的容差可以有效避免重印零部件給您帶來(lái)的損失。由于3D打印的零部件使用熔融絲制造技術(shù)（fusedfilament fabrication，F(xiàn)FF），成型的3D打印零部件尺寸可能會(huì)被壓縮，由于3D打印機(jī)通常不會(huì)精確的打印出您初期設(shè)置好的尺寸，因此打印前我們需要考慮到公差。在這篇文章中，我將指引您如何確保3D打印容差是正確的，以避免等到零部件打印出來(lái)后才發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。
這時(shí)單元測(cè)試便在3D打印零部件時(shí)派上了用場(chǎng)。單元測(cè)試傳統(tǒng)意義上來(lái)說(shuō)是一種軟件術(shù)語(yǔ)，主要目的是針對(duì)一小段代碼片段進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行，測(cè)試成功后再將它們合并到完整的腳本中。我們打算通過(guò)3D打印來(lái)完成同樣的事情：快速打印局部零部件，然后將其集成到更大的設(shè)計(jì)中，以便在打印出完整零部件之前驗(yàn)證或測(cè)試它們的功能和適用性。

（我正在設(shè)計(jì)用Markforged打印機(jī)制作的3D打印微重量戰(zhàn)斗機(jī)器人） 

例如，我正在設(shè)計(jì)的這款3D打印的微重量戰(zhàn)斗機(jī)器人原型，其頂部通過(guò)一組楔形榫頭拖動(dòng)的凹槽（其中一個(gè)在下面圈出）滑動(dòng)到底座上。由于這兩部分零件需要107個(gè)小時(shí)才能打印完成，所以我想在打印所有零部件之前先進(jìn)行3D打印單元測(cè)試以確保凹槽尺寸的正確性。

（圖中用紅圈標(biāo)注出的戰(zhàn)斗機(jī)器人底盤兩側(cè)是一個(gè)凹槽，它將兩個(gè)零件鎖定在一起）

設(shè)計(jì)一個(gè)3D打印單元測(cè)試
精心設(shè)計(jì)的單元測(cè)試應(yīng)該能快速、簡(jiǎn)單的進(jìn)行原型設(shè)計(jì)且方便打印（我通常關(guān)注大約半小時(shí)到一小時(shí)的打印工作）。我模擬測(cè)試了一對(duì)微型凹槽，然后制作了不同偏移距的復(fù)制品，范圍從楔形榫頭的所有面上的無(wú)偏移量到-0.2毫米偏移量。這意味著每個(gè)凹槽輪廓比成品的更薄。

（每組手指的容差都稍有不同，我可以在它們每一個(gè)上測(cè)試母滑塊輪廓）

我還為不同偏移距的樣件標(biāo)上了記號(hào),以便我能認(rèn)清不同尺寸的零件，如下圖所示：

（這個(gè)3D打印的單元測(cè)試可以讓我發(fā)現(xiàn)哪種尺寸)

測(cè)試3D打印單元測(cè)試
需要記住的一件事就是打印單元測(cè)試的方向，以便保證零件的打印精度能盡可能準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)試。打印只需花費(fèi)1小時(shí)15分鐘，比打印整個(gè)機(jī)器人底盤快得多，然后發(fā)現(xiàn)我的滑入式凹槽的公差不好。

（凹槽軌道的3D打印測(cè)試）

為了測(cè)試它，我只是將凹槽輪廓片滑到不同的滑軌上，從最大的面偏移量（-0.2毫米）開始，并按照我的方式一個(gè)個(gè)軌道進(jìn)行測(cè)試，直到偏移0.0毫米結(jié)束。

（測(cè)試3D打印單元測(cè)試，發(fā)現(xiàn)-0.05毫米的公差符合我的要求）

-0.2毫米的偏移輪廓非常松散 - 我不希望機(jī)器人的頂部輕易脫落。-0.15毫米和-0.1毫米的男性形象是體面的，但不像我想要的那樣舒適。 -0.05毫米的偏移恰到好處 - 足夠舒服，它不容易被敲打，我可以用一點(diǎn)壓力將它滑下。還有輪廓，0.0毫米的偏移，對(duì)我的喜好來(lái)說(shuō)有點(diǎn)過(guò)于緊張。現(xiàn)在，我可以在設(shè)計(jì)中輸入-0.05偏移值，并且我確定它會(huì)按照我希望的方式滑動(dòng)。 還有一些功能可以實(shí)際鎖定頂部，但連接兩個(gè)部件的凹槽是我不確定的公差。

（將的偏移尺寸添加到3D打印的戰(zhàn)斗機(jī)器人）

單元測(cè)試的其他應(yīng)用

單元測(cè)試對(duì)于任何類型的公差都是非常有價(jià)值的，即使您只是想了解您的打印機(jī)在某些情況下的測(cè)試效果。例如，要了解給定3D打印機(jī)上的孔公差，您可能需要打印機(jī)提供如下所示的內(nèi)容：

（您可以使用像這樣的孔容差測(cè)試來(lái)確保打印機(jī)的準(zhǔn)確性以及通過(guò)設(shè)計(jì)的孔尺寸和實(shí)際測(cè)量結(jié)果相互比較來(lái)確定螺栓孔所需的容差）

然后，您可以測(cè)量孔的尺寸，并將測(cè)量值與CAD模型中的尺寸值進(jìn)行比較，從而使您能夠清楚地了解在3D打印的零件上每個(gè)平面上所需的孔容差。 然后，您可以使用此測(cè)試結(jié)果作為在未來(lái)設(shè)計(jì)工作的參考，并且它可以幫助很多3D打印部件的校驗(yàn)和測(cè)試。此外，使用Markforged 3D打印機(jī)，您可以更近一步利用單元測(cè)試：假設(shè)您確實(shí)需要打印出整個(gè)機(jī)器人底盤，但首先必須您確定必須使用碳纖維材料。您可以先制作3D打印合身原型去進(jìn)行測(cè)試，以便在添加碳纖維進(jìn)行打印之前測(cè)試所有組件是否適合您的3D打印零部件（或使用其他方式）。這樣既減少材料浪費(fèi)又能降低成本，因此您可以在進(jìn)行打印之前測(cè)試?yán)w維填充零部件的幾何形狀和形狀。

（用于3D打印相機(jī)鏡頭罩的3D打印單元測(cè)試。用于確認(rèn)它能夠被鎖定在鏡頭上的薄環(huán)需要15分鐘的時(shí)間才能打印，而鏡頭罩整體需要4.5小時(shí)打?。?/p>

單元測(cè)試的真正價(jià)值
所以我們可以說(shuō)打印了整個(gè)底盤和頂部，并且我弄亂了凹槽的公差。然后，我需要再次打印這整個(gè)零件，否則我將不得不花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)去鉆研一個(gè)非常微小的幾何形狀，而沒(méi)有人真的想這樣做。后期對(duì)3D打印部件進(jìn)行打磨以使其能夠尺寸合適，特別是當(dāng)它們涉及小型幾何體時(shí)，通常會(huì)留下劃痕，表面粗糙度差，并且可能會(huì)意外破壞零部件功能性或暴露3D打印零部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。很顯然，兩次3D打印大型零件不如花費(fèi)更多設(shè)計(jì)時(shí)間，然后打印一個(gè)小零件和一個(gè)大零件，以下是機(jī)器人打印的詳情表，以防您無(wú)法確信3D打印單元測(cè)試是否完成：

（單元測(cè)試只耗費(fèi)了一小部分時(shí)間，無(wú)需后處理）

單元測(cè)試對(duì)校對(duì)大型3D打印零部件是至關(guān)重要的，它可以幫您減小因?yàn)榇蛴〕叽鐔?wèn)題而引發(fā)重復(fù)打印的概率。零件后處理是大多數(shù)人在3D打印后期必須經(jīng)歷的一個(gè)過(guò)程，無(wú)論是打磨表面，鉆孔還是減小誤差的環(huán)節(jié)。在與Mark Two一樣可靠和精確的3D打印機(jī)上，后期處理便不再是您必須采取的步驟，單元測(cè)試可以確保您的零件能較大程度的按照您希望的方式打印成型。