3D列印零件公差總是抓不準? 使用最小可行性驗證加速設計流程

 

　　在使用3D印表機設計一些產品的時候，常常會遇到裝配相關的問題，無論是埋入線性軸承、滾珠軸承、鎖螺絲釘、埋入六角螺帽、塞入光軸、埋入磁鐵等，這些問題都會遇到所謂的公差問題。縱使我們在先前使用了多少的測試去教準機台，但往往印出來的結果就是會有這麼"一點點"的誤差，但對於動則數小時的大型組合件，這麼一點點的誤差就得丟掉整個零件簡直勞神傷財。

　　其實也不能怪3D印表機不夠精準，而是影響公差的成因實在太多太廣，無論是線材、尺寸(小尺寸公差準不代表大尺寸就準)、方向、層厚、填充等都會影響後面實際的公差。因此當我在設計組合件相關的物品時，我都會使用最簡可行產品的概念（minimum viable product, MVP）。根據維基百科的解釋定義，其概念是是指：「有部份機能，恰好可以讓設計者表達其核心設計概念的產品。設計者可以進行驗證式學習，根據使用者的回饋，進一步了解使用情形，並且繼續開發此產品。」

　　當我把這個概念延伸到3D列印之後，就是：「僅列印重點組合部位，恰好可以表達其組合部分，設計者可以進行實際組合驗證，並根據實際的公差回饋，進一步修正產品尺寸。」

　　這有點像商管常使用的戴明循環(Plan-Do-Check-Act)，我可以改寫成(Design-Print-Measure-Resize)，透過這樣的循環驗證可以很快地找到最終的最佳組合公差。

　　舉例像封面那張在MK3S印表機上所使用的x-end-motor零件，小小一個零件內會涉及到六角螺母埋入、螺桿螺母裝配、光軸裝配與線性軸承裝配的四大公差問題，我曾經花了5個小時印完之後，實際裝配發現光軸組合部分過於鬆動，整個零件就這樣沒辦法使用了。

　　因此我們可以在PrusaSlicer的切片軟體內，使用Negative volume的功能去縮短列印時間，加速驗證流程，如封面的圖片我塞入兩個負模型進行差集(可以把它想像成刪除的意思)，僅留下需要被公差驗證的最小部位。而切片後軟體會直接排除我們插入負模型的部位。當然如果你的模型不是這麼容易透過幾個方塊去刪除，你也可以在繪圖軟體內直接編輯，僅留下最小的組合部位進行列印測試。

　　透過最小可行性驗證的概念，我可以縮短相當多的時間在裝配件的測試上，雖然多印一個零件看似浪費時間，但是實際上這樣卻能節省相當多的物料與時間，因為如同我上述所說的，一個光軸部分變成鬆配合就浪費了我五個小時的時間。

　　在最後要記得的是，在進行驗證時你必須要用與最終列印相同的參數，不管是層高、繞圈圈數、列印溫度、列印速度、填充密度、填充形式、使用的線材等等，都盡可能確保與你到時候實際列印參數相同，透過固定參數才能有效地抓出最好的公差。