ออกแบบ กล่องใส่บอร์ด พิมพ์ 3 มิติ ให้ใส่พอดีตั้งแต่ครั้งแรก

บอร์ดทำงานแล้ว เซนเซอร์อ่านค่าได้แล้ว ขั้นต่อไปคือทำให้มันกลายเป็นอุปกรณ์ที่วางบนโต๊ะได้ โดยไม่มีสายห้อยรุงรัง กล่องพิมพ์ 3 มิติคือคำตอบ แต่กล่องใบแรกของหลายคนมักใส่บอร์ดไม่ลง หรือหลวมจนบอร์ดโยก บทนี้คือวิธีออกแบบให้พอดีตั้งแต่ครั้งแรก

ตัวเลขในบทอ้างอิงเครื่องพิมพ์แบบ FDM (ฉีดเส้นพลาสติก) หัวฉีด 0.4 mm ความสูงชั้น 0.2 mm ซึ่งเป็นค่าตั้งต้นที่พบบ่อยที่สุด

ทำไมงานพิมพ์ไม่ตรงกับแบบ

เครื่อง FDM วางเส้นพลาสติกที่ถูกกดให้แบน เส้นจึงบานออกด้านข้างเล็กน้อย ผลที่ตามมาคือ

• ขอบนอก ของชิ้นงานมักโตกว่าแบบเล็กน้อย
• รูและช่องด้านใน มักแคบกว่าแบบ เพราะเส้นบานเข้าไปในรู
• รูในไฟล์ STL เป็นรูปหลายเหลี่ยม ไม่ใช่วงกลมจริง จึงเล็กลงอีกนิด

ความคลาดเคลื่อนระดับ 0.1–0.3 mm พบได้ทั่วไป และต่างกันไปตามเครื่อง วัสดุ และการตั้งค่า จึงไม่มีตัวเลขเดียวที่ใช้ได้กับทุกเครื่อง

อย่าเดาว่าเครื่องตัวเองคลาดเท่าไหร่ พิมพ์ชิ้นทดสอบเล็ก ๆ แล้ววัด ใช้เวลาไม่กี่นาที ประหยัดการพิมพ์กล่องทิ้งหลายชั่วโมง

ขั้นที่ 1: วัดของจริง

ใช้เวอร์เนีย (calipers) วัดบอร์ดจริงที่จะใส่ ไม่ใช้ขนาดจากเว็บ เพราะบอร์ดชื่อเดียวกันจากคนละผู้ผลิตอาจต่างกันหลายมิลลิเมตร สิ่งที่ต้องวัด

• ความกว้าง ความยาว และความหนาของแผ่นบอร์ด
• ความสูงของชิ้นที่สูงที่สุดบนบอร์ด และความยาวขาที่โผล่ใต้บอร์ด
• ตำแหน่งช่อง USB วัดจากขอบบอร์ดถึงกึ่งกลางช่อง
• ตำแหน่งรูยึด ถ้ามี บอร์ดบางรุ่นไม่มีรูยึด ต้องใช้ร่องรับขอบบอร์ดหรือคลิปแทน

ขั้นที่ 2: เลือกระยะเผื่อ

ค่าด้านล่างเป็นจุดตั้งต้นสำหรับหัว 0.4 mm ต่อด้าน แล้วปรับตามผลชิ้นทดสอบ

ต้องการแบบไหน	ระยะเผื่อต่อด้าน
อัดแน่น ต้องกดเข้า	0.0–0.1 mm
พอดี เลื่อนเข้าได้	0.2 mm
หลวม วางลงได้เอง	0.3–0.5 mm

กล่องใส่บอร์ดควรเลือกแบบหลวม บอร์ดวางลงได้โดยไม่ต้องดัน แล้วค่อยล็อกด้วยสกรู ร่อง หรือฝา การดันบอร์ดเข้าช่องแน่น ๆ เสี่ยงทำให้บอร์ดงอ

ขั้นที่ 3: คำนวณขนาดกล่อง

สมมติวัดบอร์ดได้ 51.5 × 28.4 mm เลือกระยะเผื่อ 0.5 mm ต่อด้าน ผนังหนา 2.0 mm

1. ด้านในกล่อง = 51.5 + 0.5 + 0.5 = 52.5 mm และ 28.4 + 0.5 + 0.5 = 29.4 mm
2. ด้านนอกกล่อง = 52.5 + 2.0 + 2.0 = 56.5 mm และ 29.4 + 2.0 + 2.0 = 33.4 mm

ความสูงคิดเป็นชั้น ๆ จากล่างขึ้นบน

ส่วน	ความสูง
พื้นกล่อง	2.0 mm
เสารองบอร์ด (เผื่อขาที่โผล่ใต้บอร์ด)	5.0 mm
แผ่นบอร์ด	1.6 mm
ชิ้นที่สูงที่สุดบนบอร์ด	8.0 mm
ระยะเผื่อใต้ฝา	2.0 mm
รวมความสูงภายนอก (ไม่รวมฝา)	18.6 mm

ตัวเลขในตารางเป็นตัวอย่าง ใส่ค่าที่วัดจากบอร์ดตัวเองแทน

ทำไมผนัง 2.0 mm: หัว 0.4 mm พิมพ์เส้นกว้างราว 0.4–0.45 mm ผนังที่หนาเป็นจำนวนเท่าของเส้น เช่น 1.6 mm (4 เส้น) หรือ 2.0 mm จะพิมพ์ออกมาแน่น ไม่มีช่องว่างกลางผนัง

เขียนเป็นแบบที่แก้ตัวเลขได้

โค้ด OpenSCAD นี้สร้างกล่องเปิดด้านบนจากตัวเลขที่วัดได้ วัดบอร์ดใหม่ก็แก้แค่บรรทัดแรก

// ขนาดที่วัดได้ (mm)
board   = [51.5, 28.4];
clear   = 0.5;   // ระยะเผื่อต่อด้าน
wall    = 2.0;
floor_t = 2.0;
height  = 18.6;  // ความสูงภายนอก

inner = board + [2 * clear, 2 * clear];
outer = inner + [2 * wall, 2 * wall];

difference() {
  cube([outer[0], outer[1], height]);
  translate([wall, wall, floor_t])
    cube([inner[0], inner[1], height]);
}

เครื่องมือแบบ parametric บนเบราว์เซอร์ก็มี เช่น Forge ซึ่งเป็นงานของเจ้าของเว็บนี้

รูสกรู ช่อง USB และช่องระบาย

• รูสกรู M3 ขันเข้าเนื้อพลาสติกตรง ๆ ใช้รูราว 2.5–2.8 mm ให้เกลียวสกรูกัดเนื้อพลาสติก ถ้าต้องเปิดปิดบ่อย ใช้ heat-set insert (บุชทองเหลืองที่ใช้หัวแร้งกดลงในรู) ขนาดรูตามที่ผู้ผลิต insert กำหนด
• ช่อง USB หัวสายมีปลอกพลาสติกที่ใหญ่กว่าตัวช่องบนบอร์ด วัดหัวสายที่ใช้จริง แล้วเผื่อรอบช่องอย่างน้อย 1 mm
• ช่องระบายสำหรับเซนเซอร์ จากบทที่แล้ว BME280 ที่อยู่ใกล้ ESP32 อ่านค่าอุณหภูมิสูงเกินจริง ให้แบ่งช่องเล็กแยกสำหรับเซนเซอร์ เจาะรูระบายด้านข้าง และกั้นผนังระหว่างช่องเซนเซอร์กับบอร์ด

วางชิ้นงานบนฐานพิมพ์

พิมพ์กล่องโดยหงายด้านเปิดขึ้น พื้นกล่องติดฐานพิมพ์ ผนังจะพิมพ์ขึ้นตรง ๆ ไม่ต้องใช้ support ฝาพิมพ์แยกโดยวางด้านเรียบลงฐาน ส่วนที่ยื่นออกไม่เกิน 45 องศาจากแนวตั้งพิมพ์ได้โดยไม่ต้องรองรับ รูที่อยู่บนผนังด้านข้างจะมีด้านบนยุบเล็กน้อย ทำเป็นรูปหยดน้ำ (teardrop) หรือคว้านหลังพิมพ์

เลือกวัสดุ

วัสดุ	นิ่มลงที่ราว	เหมาะกับ	ข้อควรรู้
PLA	55–60 °C	ใช้ในบ้าน ห้องแอร์	พิมพ์ง่ายที่สุด แต่บิดเบี้ยวถ้าโดนความร้อน
PETG	ราว 80 °C	ใกล้หน้าต่าง ความร้อนปานกลาง	เหนียวกว่า PLA มีเส้นใยยืดตามหัวฉีดบ้าง
ABS / ASA	ราว 100 °C	ที่ร้อน กลางแจ้ง (ASA)	หดตัวมาก ควรพิมพ์ในตู้ปิดและระบายอากาศ

ตัวเลขเป็นค่าโดยประมาณ ขึ้นกับยี่ห้อเส้น ดูจาก datasheet ของเส้นที่ใช้

ความปลอดภัย

• หัวฉีดร้อนราว 190–260 °C และฐานพิมพ์ร้อน 60–100 °C ตามวัสดุ ห้ามจับระหว่างพิมพ์และหลังพิมพ์ใหม่ ๆ
• วางเครื่องในที่อากาศถ่ายเท ABS และ ASA ปล่อยไอระเหยที่ไม่ควรสูดดม
• อย่าทิ้งเครื่องไว้ตอนพิมพ์ชั้นแรก ๆ และอย่าวางของติดไฟใกล้เครื่อง

ข้อผิดพลาดที่เจอบ่อย

• ใช้ขนาดบอร์ดจากอินเทอร์เน็ต แทนการวัดจริง
• ไม่เผื่อระยะเลย แบบตรงกับบอร์ดเป๊ะ ผลคือใส่ไม่ลง
• ลืมความสูงของขาใต้บอร์ด บอร์ดวางไม่ราบ
• ช่อง USB พอดีกับช่องบนบอร์ด แต่หัวสายจริงเสียบไม่เข้า

ครบสามบทแล้ว: LED ที่ต่อถูก เซนเซอร์ที่อ่านค่าได้ และกล่องที่ใส่พอดี ต่อจากนี้เป็นการรวมทั้งหมดเป็นอุปกรณ์ชิ้นเดียว