ねじの3Dプリントと、3Dプリント品へのねじ付きインサートの挿入 (動画あり)

拡張方式インサートの嵌合部は円筒形で、わずかに先細になった部分の外側がローレット加工になっています。設計段階では、インサートの仕様に基づいたボスの深さと穴径でパーツを設計します。SLAまたはSLS方式プリンタの基本的な手順に従ってパーツをプリントし、後処理しますが、この際、材料がキャビティ内に残っていないことを確認した後、単純に圧入してインサートを取り付けます。ねじを付けると、押されたインサート先端のローレット部が周囲の材料にしっかり食い込み、締結状態を確実に保持します。

拡張方式インサートを、SLA方式による3Dプリント部品で使用する場合のヒント: 通常どおり部品を洗浄し、拡張方式インサートを圧入、ねじを挿入し、ねじを入れた状態でパーツの二次硬化を行う。最後のこの手順を確実に行うことで、インサートが相手材を圧迫した際に亀裂が入る可能性を減らすことが可能です。

熱圧入方式のインサートは、熱可塑性の樹脂材に専用のこて先を付けたはんだごてで取り付けるよう設計されています。SLA造形パーツのような熱硬化性材料では、接着式インサートとしても使用可能です。 

SLSパウダーでプリントしたパーツ等の熱可塑性樹脂部品に取り付ける際には、お使いの締結部品等の指示に従ってください。はんだごてを使うのが最も一般的な方法で、専用アタッチメントは有り/無しいずれの方法もありますが、コテでインサートを熱し、この熱を周囲の樹脂に伝えます。インサートを囲む材料が熱されて軟化しますので、コテを押し下げていくことで3Dプリントしたパーツにインサートが圧入されていきます。相手材が十分に冷めて強度が回復するのを待ってから、ねじを取り付けるようにします。

SLAレジンでプリントしたパーツ等の熱硬化性パーツに取り付けるには、熱圧入したインサートを確実に固定するために接着剤を使用できます。これまでの方法とは異なる点は、ボスをインサートの最大径に合わせて設計することで、取り付け後はシアノアクリレート (CA) 系またはエポキシ系の接着剤を使用して確実に固定してください。また、ねじを取り付ける前には、接着剤が完全に硬化するまで十分な時間を取ってください。

注意: 本記事で使用している、SLS方式3Dプリントで作製したパーツの写真では、ボスの寸法は熱硬化性樹脂で推奨している圧入方式に合わせてあります。熱可塑性樹脂のパーツには、接着剤またはエポキシ系接着剤を1滴塗布することでも対応可能ですが、熱圧入方式ほどの強力な結合は得られません。

コテでの加熱または接着剤の滴下という、もう一つの手順が必要ではありますが、ねじ山付きインサートの熱圧入は、SLSおよびSLA方式でプリントしたパーツを確実に結合し強度も備えているという点で、拡張方式のインサートよりも優れています。手順と必要工具が追加されることは煩わしく思われるかもしれませんが、いずれの手法も、拡張方式インサートと比較して少しでも結合力と強度を高めることのできる方法です。

ナットをパーツ本体に確実に嵌合するよう、ポケットまたはボス穴を先に設計しておくことは、金属と金属を接合するもう一つの方法です。六角または四角ナットが使用可能で、ロックナットでも対応可能な場合があります。この手法では多様な設計が可能ですが、ナットを取り付けられるよう、ポケットやボス (内側以外) への手の届きやすさだけは確保するようにしてください。ナットをより確実に固定するために、シアノアクリレート (CA) 系の接着剤を1滴垂らします。

プラスチック用に設計されたねじ山付きタップを使用すれば、時間と費用しながらねじ山を3Dプリントパーツに追加することができます。余分な設計手順も不要で、プラスチックを使用しているほとんどの工場には、プラスチックに対応した機器は揃っているでしょう。

セルフタッピンねじは、めねじ成形ねじとも呼ばれ、部材に対する予備加工なしで穴に挿入することが可能です。ボス穴の寸法については、各メーカーの基準に従ってください。 

この組み合わせには、延性あるいは引張特性に優れた材料の使用をお勧めします。Formlabs SLA用の材料ファミリーでも剛性と耐久性に優れた樹脂材料である、Nylon 11 PowderおよびNylon 12 Powderは、いずれもこの用途に適した材料です。脆性材料や、低延性材料 (Formlabs SLA用材料ファミリーのRigidレジン等) は、セルフタッピンねじと使用すると割れるおそれがありますので、これら材料の使用時には注意を払い、保護メガネを装着してください。