3D 打印细木工：简化装配

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细木工是木工中常见的一个术语，指的是通过几何约束将两块木头连接在一起的做法。好的细木工在几乎不需要钉子或螺钉等紧固件的帮助下提供牢固的连接。细木工很有用，因为它确保了与不太复杂的组装过程的牢固连接。然而，它通常涉及复杂的形状，需要时间来设计和创建，而螺栓和螺钉只需要一个孔和一个批量制造的紧固件。

3D 打印作为一种制造方法处于一个有趣的位置，因为打印复杂的几何形状通常不比打印块更昂贵。相反，FDM 打印受到材料特性和分层构建过程的限制。因此，为 3D 打印进行设计需要一种新的思维方式，而这种思维方式的一部分是利用 3D 打印机的几何自由度来降低最终组装的复杂性和成本。一种方法是研究为木工和注塑成型而发明的细木工，并将其应用于 3D 打印的限制。在本博客中，我将讨论如何利用燕尾榫和卡扣等简单接头来改进您的印刷设计，并辅以一些示例。

燕尾榫

说到约束两个部分，很多人是直角思考的。这很有效，尤其是在考虑加工时；直角通常比奇数角更容易和更快，需要更少的设置并且不需要特殊的位或索引表。然而，对于 3D 打印机来说，燕尾榫和直壁都是一样的。无需额外的努力，您就可以限制另一个自由度。这在任何地方都派上用场，无论您想要滑动组件还是无紧固件 T 型接头。

从角度思考时，请记住，既定的燕尾榫形状并不是唯一的应用。上图所示的两部分式滑动盒实现了与燕尾榫相同的约束，但看起来更像是带有倾斜侧面的板。这使它可以轻松地与盒子的另一半一起滑动，甚至在末端还包括一个小棘爪以将其关闭。这种形状通过大多数其他方式很难制造，但它在没有支撑材料的情况下打印在 Mark Two 上，并且在第一次尝试时就达到了很好的贴合度和表面光洁度。

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进一步探索成角度的几何形状通常有助于 3D 打印。例如，打印侧向 V 轮廓（如下图左侧所示）可能会产生难以加工但易于打印的约束。同时，如右图所示，经典的榫槽连接对于大多数打印机来说很难制造，因为它会产生悬垂。这种悬垂会导致底面支撑不良，尺寸精度不佳，应尽可能避免。

按扣

一种廉价地连接注塑部件的常用方法是卡扣配合。这些对于塑料来说是很好的形状，因为它们保持在模具制造的几何约束范围内，并利用塑料的弹性变形然后恢复原状的能力。因为卡扣是为塑料设计的，所以它们很容易用于 3D 打印……在 XY 平面上。大多数 3D 打印机用户都知道，由于层间边界，在桌面 FDM 打印机上打印的对象在沿 Z 轴（指向构建板外）的张力上比在 X 和 Y 上更容易发生张力失效。由于卡扣通常具有较薄的横截面（以减少夹子的弯矩），因此 3D 打印卡扣必须“平铺”在构建板上，以免重复使用后发生剪切。

此图显示了打印卡扣配合层的夸张可视化。当直立打印时（左图），使卡扣配合偏转的力也会在各层之间施加张力，使其更容易断裂。印在它的背面（中间图），按扣配合肯定会更牢固，但仍然有一个剪切平面在牙齿和手臂之间运行。印在其侧面（如右图），但是，搭扣配合在其横截面内没有层边界，使其强度更可预测。而且，如果卡扣配合足够大，将其打印在其侧面将允许纤维进入牙齿，从而利用 Markforged 零件的全部强度。同样的规则适用于齿轮齿、棘轮齿和任何其他需要承受大量负载的突出物。

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还要记住，卡扣可以根据应用采取多种形式，卡扣的设计和方向可能会根据您的项目而改变。特别是，从 3D 打印机出来的卡扣不受厚度或模具形状的限制，因此您可以根据放置它​​们的位置发挥创意（见下文）。打印机可以快速轻松地制作原型，因此在确定最终形状之前先尝试一些几何形状。

组合起来：手机支架

为了展示滑动配合和按扣机制，我设计了这个手机支架，它可以挂在 Mark Two 的引擎盖上，可以固定任何 2.5 到 4 英寸宽的手机，这样操作员就可以拍摄延时视频或监控敏感印刷品.

这个手机座只有三个部分，两个接口。其中一个接口是用作铰链的扭转接头。虽然它看起来不太像燕尾榫，但它的用途是一样的：由于角度互补，它可以轻松打印滑动配合。

另一个接口就像一个线性棘轮，带有倾斜的壁（以防止它们滑开）和用于设置支架宽度的齿。这对于大多数其他方式的机器制作来说是一个非常困难的界面，但打印起来非常简单快捷！

关于公差的说明

与任何事情一样，细木工需要根据您的公差进行设计。在 Mark Two 复合 3D 打印机上，对于大多数一般用途，每面墙之间 0.08 毫米的间隙（直径为 0.16 毫米）足以让两件作品始终如一地实现滑动配合。如果您的一个表面被支撑材料支撑，请尝试将间隙增大到 0.15 毫米左右。当然，3D 打印部件往往千差万别，因此请务必进行单元测试和原型制作，以达到您想要的合身程度。

这只是一个小例子，说明如何在设计时考虑到细木工可以导致设计更简单、更适合您的 3D 打印机。当您找到适合打印的好接头时，请在我们的推特上@MarkForged 分享您的设计！