3D-Druck von Gewinden und Nutzung von Gewindeeinsätzen in 3D-gedruckten Teilen (mit Video)

Expandierende Gewindeeinsätze sind zylindrisch mit leichter Verjüngung und Rändelung auf der Außenseite. Fügen Sie dem Design einen Schraubdom hinzu, dessen Tiefe und Durchmesser auf den Abmessungen des Gewindeeinsatzes für das Teil beruhen. Gehen Sie beim Druck und bei der Nachbearbeitung wie üblich vor, mit den gewöhnlichen Nachbearbeitungsschritten für SLA und SLS. Stellen Sie sicher, dass kein überschüssiges Material im Hohlraum verbleibt, und fügen Sie den Gewindeeinsatz mittels Presspassung ein. Beim Eindrehen einer Schraube werden die Rändel auf der äußeren Oberfläche in das umgebende Druckmaterial gedrückt, wodurch ein fester Reibschluss entsteht.

Tipp für die Verwendung expandierender Gewindeeinsätze in durch SLA-3D-Druck hergestellten Druckteilen: Waschen Sie das Teil wie üblich, fügen Sie den Gewindeeinsatz ein, drehen Sie die Schraube ein und härten Sie das Teil mitsamt Schraube nach. Indem Sie die Nachhärtung erst als Letztes durchführen, verringern Sie das Risiko, dass das Material durch die Expandierung des Gewindeeinsatzes reißt oder bricht.

Gewindeeinsätze zum Warmeinbetten werden mithilfe eines Lötkolbens mit passender Installationsspitze in Thermoplasten montiert. In Duroplasten wie SLA-Druckteilen können Sie auch mittels Klebstoff eingefügt werden. 

Für die Installation in thermoplastischen Teilen, wie z. B. aus SLS-Pulvern gefertigten Druckteilen, befolgen Sie bitte die Montageanweisungen des jeweiligen Gewindeeinsatzes. Typischerweise wird hierfür ein Lötkolben mit oder ohne Aufsatz verwendet, um den Gewindeeinsatz aufzuheizen, welcher die Hitze dann in den umgebenden Kunststoff weiterleitet. Der Kunststoff wird weich und der Gewindeeinsatz kann vorsichtig in das Druckteil eingebettet werden, indem Druck auf den Lötkolben angewendet wird. Planen Sie ausreichend Zeit zum Abkühlen und Verfestigen des Materials ein, bevor Sie eine Schraube einsetzen.

Um derartige Gewindeeinsätze in Duroplasten wie Druckteilen aus SLA-Kunstharzen zu verwenden, kann der Einsatz mithilfe von Klebstoff befestigt werden. Im Gegensatz zur üblichen Montage müssen Sie hierbei sicherstellen, dass der Durchmesser des Schraubdoms in Ihrem Design dem größten Durchmesser des Gewindeeinsatzes entspricht. Durch Verwendung einer kleinen Menge Cyanacrylat oder Epoxidharz sorgen Sie dafür, dass der Einsatz nach dem Einbetten stabil bleibt. Lassen Sie ausreichend Zeit zum Trocknen des Klebstoffs, bevor Sie eine Schraube einsetzen.

Hinweis: Im SLS-Druckteil, das in diesem Beitrag abgebildet ist, hat der Schraubdom die für eine Presspassung geeignete Größe, wie wir es für Duroplaste empfehlen. Mit einem Tropfen Klebstoff oder Epoxidharz funktioniert diese Methode auch bei Thermoplasten, allerdings entsteht kein so fester Sitz wie bei einer echten Warmeinbettung.

Obwohl sie zum Löten oder Kleben einen zusätzlichen Arbeitsschritt erfordern, bieten Gewindeeinsätze zum Warmeinbetten sowohl bei SLS- als auch SLA-Teilen eine sicherere Passung und höhere Festigkeit als expandierende Gewindeeinsätze. Beide Methoden eignen sich hervorragend, um den Sitz sicherer und fester zu machen als bei expandierenden Gewindeeinsätzen, selbst wenn die zusätzlichen Arbeitsschritte und Hilfsmittel einen Nachteil bedeuten.

Eine Senkung oder einen Schraubdom ins Design des Teils einzufügen, worin eine Mutter fest eingesetzt werden kann, ist eine andere Methode, um eine Schraubverbindung mit direktem Metallkontakt zu erhalten. Hierfür können sechseckige oder quadratische Muttern benutzt werden oder sogar Sicherungsmuttern eingefügt werden. Für diese Methode gibt es zahlreiche Designvarianten. Wichtig ist nur, dass die Senkung oder der Schraubdom leicht zugänglich ist (sich also nicht auf einer Innenfläche befindet), sodass die Mutter montiert werden kann. Für einen festeren Sitz kann ein Tropfen Cyanacrylat (CA) benutzt werden, um die Mutter zu fixieren.

Mit einem Gewindebohrer lassen sich Schraubgewinde schnell und kostengünstig in 3D-gedruckte Teile einfügen. Es sind keine zusätzlichen Schritte beim Design nötig und die meisten Werkstätten, die mit Kunststoff arbeiten, sollten bereits über das nötige Gerät verfügen.

Selbstschneidende oder auch gewindefurchende Schrauben können in Vertiefungen eingedreht werden, ohne dass das Teil hierfür vorbereitet werden muss. Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers zur Bestimmung der Schraubdomabmessungen.  

Es wird empfohlen, derartige Schrauben in duktilen Materialien oder Materialien mit hoher Dehnungsfestigkeit zu verwenden. Sowohl Nylon 11 Powder als auch Nylon 12 Powder von Formlabs sind hierfür geeignet, wie auch die Kunstharze der SLA-Materialfamilie Tough und Durable. Spröde Materialien oder Materialien mit geringer Dehnung (wie z. B. die SLA-Materialfamilie Rigid von Formlabs) können reißen oder brechen, wenn selbstschneidende Schrauben darin eingesetzt werden. Bei der Verwendung dieser Materialien sollte deshalb eine Schutzbrille verwendet werden.